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1、铝塑复合管用3003铝合金带材生产工艺铝塑复合管用3003铝合金带材生产工艺摘要：3003是Al-Mn系防锈铝的典型合金。其突出特点是抗蚀 性好，仅在中性介质中的抗蚀性稍次于纯铝，在其他介质中的抗 蚀性与纯铝的相近。强度比工业纯铝高，而塑性很好。焊接性能 优良；导热导电性能比工业纯铝低。加锰后有一定固溶强化作用。 锰在铝中的固溶度随温度降低而减小，但热处理强化效果甚微， 因此3003为热处理不可强化合金。该合金用途广泛，从化工设 备到民用五金的各种需要加工成型、耐蚀而强度要求比纯铝高的 场所，都得到广泛应用。焊管厂将之开发用于铝塑复合管，其性 能优良，能很好的满足市场需求。关键词：3003、A
2、l-Mn合金、铝塑复合管。一、3003铝合金简介1.1、成分和组织Mn： 1.0 1.5,Cu0.20, Mg0.05, Fe0.7, Si0.6, Zn0.10, Ti0.15，其余杂质：单个 0.05,合计 0.10, Al 余量。室温时主要相组成物为( Al ), MnAl6 ；可能的杂质相为(FeMn) Al 或(Fe、Mn、Si ) Al 等。Mn：是主要合金化元素，虽然不可热处理强化，但锰有一 定固溶强化作用，MnAl6有一定弥散强化作用，因此3003强度稍 高于纯铝。含锰量在1.01.5%范围内，合金的强度和伸长率均 较好，如果超过1.5%，将会出现粗大硬脆的MnAl6相，使合金
3、变 形时易开裂，对合金局部的延展性也会造成不良影响，因此3003 的含锰量不超过1.5%，最好控制在成分范围的中限。MnAl6的电 极电位和纯铝实际上相等，所以3003有与纯铝相近的抗蚀性。Fe：铁在在铝合金中一般作为杂质控制，但在3003中允许达到0.7%，因为锰极易产生晶内偏析，又能显著提高再结晶温 度。冷变形后的3003铝材，在退火过程中，低锰部分先再结晶 和晶粒长大，而高锰部分还未再结晶，结果使退火板材晶粒大小 极不均匀，而Fe能溶入MnAl6中形成（FeMn）A16，减少锰的偏 析，使退火板材得到细晶粒。但（FeMn）A16过多时会降低合金 力学性能。生产中往往采用快速退火（盐浴炉、
4、气垫炉、感应加 热炉）得到细晶粒。Si： 般控制在0.6%以下。Si是有害杂质，若Fe、Si同时 存在，则先形成（Al FeSi）或（Al FeSi），破坏了 Fe的有利1232922影响，但Si也能降低Mn在A1中的溶解度，形成T（A1i2Mn3Si2）。 Fe和Si可以加速Mn在热变形过程中从过饱和固溶体中分解。 提高力学性能。Mg能提高Al-Mn合金强度，细化再结晶组织，但会降低退 火半成品的表面光泽度。Cu能降低铝合金抗蚀性。但含量在0.050.2%时，会使合 金的点腐蚀变成均匀腐蚀，也可以显著提高抗拉强度，因而是有 益的。Zn会降低合金抗蚀性，但考虑到焊接性能应控制在0.2%以 下。
5、焊管厂开发的适用于铝塑复合管用3003G、3003G1铝合金的 成分性能如下表：表1铝塑复合管用3003G、3003G1与普通3003合金成分Si (%)Fe (%)Cu (%)Mn (%)Zn (%)Ti(%)O b(mpa)8(%)30030.60.70.05 0.201.01.50.1-9713014253003G0.18 0.280.60.750.13 0.231.07 1.180.10.015 0.0311812825323003G10.16 0.260.50 0.650.06 0.140.88 0.980.10.012 0.02510511325341.2、工艺性能和参数熔炼温度7
6、30770C;铸造温度720730C;均匀化温度 590620C热轧温度480520（最佳500。0;挤压温度320 480C；典型退火温度413。，空气冷却。3003加工工艺上的一个显著特点是，合金在铸造时Mn容易 产生严重的晶内偏析，使再结晶退火时产生粗大的晶粒。从Al-Mn 相图（如图1）可以看出，液相线和固相线的垂直距离很小，几 乎和纯铝的熔点一样，而水平距离却很大，即在结晶过程中固相 和液相的成分差别很大，因而容易产生晶内偏析。in20304. M 理 理UMHi_1n 1 r1 nrMn（族岐蜡图1、Al-Mn二元合金相图锰的浓度在中心位置低，边缘部位高，即使长时间均匀化退 火也不
7、可能完全消除这种偏析。致使在冷加工过程中由于含Mn 量的差异而是晶粒不同部位出现不均匀变形，Mn又能显著提高 再结晶温度，因而冷变形后在慢速的再结晶退火过程中，原晶粒 中心部位首先再结晶和晶粒长大，形成粗大晶粒，并造成显微组 织的不均匀性。凡能降低锰晶内偏析的措施都可以防止或减小晶 粒粗化的倾向。如：高温均匀化退火，使固溶体内锰含量趋于均匀，并配以 大的冷变形度使再结晶形核均匀。从表1可以看出，600C均匀 化退火，冷变形度在70%以上者可以获得细晶粒。 高温热轧，热轧温度提高到480520C，其效果可以和 高温均匀化退火相近。高温快速再结晶退火。未进行高温均匀化退火或高温热 轧的材料可采用盐
8、浴或感应加热，温度高于500C，短时间完成 再结晶。 适量添加钛有明显作用。因为钛偏析和锰偏析的方向相 反，而影响相同，故能起到部分抵消作用。因此3003G、3003G1合金均匀化热处理制度为：加热温度 630（9小时），保温610（17小时），金属温度600615C。二、铝塑复合管用3003G、3003G1铝合金带材生产工艺流程3003G、3003G1合金主要工艺流程如下：配料一熔化一扒渣 除气（渣）一静置一铸造一均热一热轧一冷轧一拉矫清洗一分 切一热处理（退火）一包装。2.1、熔炼工艺流程3003G、3003G1铝合金的一般熔炼工艺过程如下：熔炼炉的准备一装炉熔化一扒渣与搅拌一调整成分一熔
9、体 净化一出炉一准备铸造。2.1.1、熔体净化2.1.1.1、除气原理 分压差脱气原理：利用气体分压对熔体中气体溶解度影 响的原理，控制气相中氢的分压造成与熔体中溶解气体浓度平衡 的氢分压和实际气体的氢分压间存在很大的分压差（如向熔体中 通入纯净的惰性气体或将熔体至于真空中）。 预凝固脱气原理：气体溶解度随金属温度降低而减小， 让熔体缓慢冷却到凝固就可使大部分溶解气体自行扩散析出，然 后快速重熔就可以得到气体含量较低的熔体，但此时要注意熔体 的保护，防止重新吸气。振动脱气原理：是液体分子在极高频率的振动下发生移 位运动，在液体内部形成无数真空的显微空穴，金属中的气体很 容易扩散到空穴中形成气泡
10、逸出。2.1.1.2、除渣原理 澄清除渣原理：利用金属氧化物与金属之间的密度差在 一定过热条件下自发分离。 吸附除渣原理：利用精炼剂的表面作用吸附杂质。过滤除渣原理：分机械除渣（阻挡作用）和物理化学除 渣（吸附作用）两种2.1.2、炉内处理2.1.2.1、吸附净化浮游法A惰性气体吹洗（叩B活性气体吹洗（C12）C混合气体吹洗D氯盐净化E无毒精炼剂溶剂法2.1.2.2、非吸附净化静态真空处理静态真空处理加电磁搅拌动态真空处理3003G、3003G1合金采用DDF装置即双旋转喷头除气和泡沫 陶瓷过滤板相结合的净化装置。2.2、铸造工艺流程2.2.1、主要铸造方式连续铸造是以一定的速度将金属浇入到结
11、晶器内并连续不 断的以一定的速度将铸锭拉出来的铸造方法。如只浇注一段时间 把一定长度铸锭拉出来再进行第二次浇注叫半连续铸造。连续（半连续）铸造按其原理可分为普通模铸造、隔热模铸 造、和热顶铸造。2.2.2、铸锭组织的特点表面细等轴晶区柱状晶区中心等轴晶区2.2.3、晶粒细化技术控制过冷度形核率与长大速度都与过冷度有关，过冷度增加，形核率N与长大速度都增加，但两者增加速度不同，形核率增长率N大 于长大速度的增长率。在一般金属结晶的过冷范围内，过冷度越 大，晶粒越细小。形核率N：N = N N = K *.eQ RT RT12e摩尔气体常数：R=8.314J/(K*mol)；自由能增量G；温度T;
12、热量 Q： Q=c*m* AT;4一坏AJW.AT lb)3-5形核率与温度及过冷度的关系(a)与温度的关系 (b)与过冷度的关系增加过冷度的方法主要有降低铸造速度、提高液态金属冷却 速度、降低浇注温度等。变质处理变质处理是向金属液中加入少量活性物质，促进液体金属内 部生核或改变晶体成长过程的一种方法，生产中常用以下两类变 质剂：A形核变质剂其作用机理是向熔体中加入一些能产生非自发晶核的物质， 使其在凝固过程中通过异质形核而达到细化晶粒的目的。通常具 有以下特点：晶格结构和晶格常数与被变质熔体相适应；稳定； 熔点高；在铝熔体中分散度高，能均匀分散在熔体中；不污染铝 合金熔体。常用的有Al-Ti
13、，Al-Ti-B。B吸附变质剂其特点是熔点低，能显著降低合金的液相线温度，原子半径 大，在合金中固溶量小，在晶体生长时富集在相界面上，阻碍晶 体长大，又能形成较大的成分过冷，使晶体分支形成细的颈缩而 易于熔断，促进晶体的游离和晶核的增加。其缺点是由于存在于 枝晶和晶界间，常引起热脆。常用的包括含Na和Sr的变质剂。动态晶粒细化动态晶粒细化就是对凝固的金属进行振动和搅动，一方面依 靠从外面输入能量促使晶核提起形成，另一方面使成长中的枝晶 破碎，增加晶核数目。目前已采取的方法有：机械搅拌、电磁搅 拌、音频振动及超声波振动等。2.2.4、铸造工艺参数2.2.4.1、冷却速度在直接水冷半连续铸造中，随
14、冷却强度增加，铸造结晶速度 提高，熔体中溶质元素来不及扩散，过冷度增加，晶核增多因而 所得晶粒细小；同时过渡带尺寸缩小，铸锭致密度提高，减少了 疏松倾向。对同种合金来说，铸锭力学性能随冷却强度增大而提 高。此外，随冷却强度提高，铸锭内外层温差大，铸锭中的热应 力相应提高，使铸锭裂纹倾向增大。在铸造速度慢时会使冷隔倾 向变大，但会使拉裂倾向降低。2.2.4.2、铸造速度铸造速度的快慢直接影响铸锭的结晶速度、液穴深度及过渡 带宽窄，是决定铸造质量的重要参数。在一定范围内，随着铸造 速度的提高，铸锭晶内结构细小。但过高的铸造速度会是液穴变 深，过渡带尺寸变宽，结晶组织粗化，增大了中心疏松倾向，同 时
15、铸锭的区域偏析加剧，使合金的组织和成分的不确定性增加。此外，随着铸造速度的提高，铸锭形成冷裂纹的倾向降低， 热裂纹倾向升高。这是因为提高铸造速度时，铸锭中已凝固部分 温度升高，塑性好，因此冷裂倾向低。但铸锭过渡带尺寸变大， 因而热裂倾向升高。2.2.4.3、铸造温度提高铸造温度使铸锭晶粒粗化倾向增加。在一定范围内提高 铸造温度，铸锭液穴变深，结晶前沿温度梯度变陡，结晶时冷却 速度大，晶内结构细化，但同时形成柱状晶、羽毛状晶组织的倾 向增大。2.2.4.4、结晶器高度随着结晶器高度降低，有效结晶区短，冷却速度快，溶质元 素来不及扩散，活性质点多，晶内结构细，上部熔体温度高，流 动性好，有利于气体和非金属夹杂物上浮，疏松倾向小。因此3003G、3003
