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1、第一章 铝及铝合金的基础知识第一节 铝及铝合金的性质在有色金属中，铝是应用最广泛的一类金属。其产量仅次于钢铁。铝的发现，至目 前还只有二百多年的历史。但由于它具有资源丰富，生产成本低，用途广泛等特点，因 此铝工业在近百年的时间内得到了迅猛的发展，随着科学技术的发展及人民生产水平的 提高，铝箔应用也越来越广泛。它已经渗透到了人们的日常生活中。铝及铝合金的性质，概括起来，主要有以下几个方面：1比重小。含铝量为99.5%的工业纯铝的比重为2.7克/立方厘米，只有铁和铜的三分之一 左右。2导电性好。铝箔电阻系数（2 0C）为2.67微欧毫米/米，相当于铜导电能力的6 06 5%。但相同体积铝的重量只有
2、铜的三分之一，因此按体积计算，铝的导电能力优于铜。3良好的导热性。铝箔导热系数（0- 100C）为0.54卡/厘米秒度，比铁的导热 率约大三倍。工业上许多热变换器散热材料，如目前很大的空调器散热片，都是铝及铝合 金制成。4强度高。铝中加入少量的锰、镁、铜、铁等，具有良好的机械性能。5 良好的塑性。适合于各种加工，可压成薄板可箔，拉成细丝，磨成细粉和挤压成复杂 开头的型材。6 良好的抗腐蚀性能。纯铝在空气中，其表面会迅速跟氧结合，生成一层致密的氧化 铝薄膜（AL2O3）,此层致密的薄膜可以防止里面的铝继续氧化，对铝的内部起到保 护作用。7反射能力很强。铝箔反射率在85%以上。8铝具有银白色光泽、
3、无毒、保鲜性好、防腐、防温、防干燥、不透气、不透光，因此, 铝箔被广泛地用作各种食品、药用、香烟的包装上。9焊接性能较差。第二节 铝及铝合金的牌号及状态铝及铝合金的牌号及状态以往都是采用国内统一的表示方法，即汉语拼音加顺序 号，自96年起，这种表示方法已经停止使用，目前采用的是国际四位数字体系的表示 方法。1 合金牌号 合金牌号采用的是四位数字体系表示方法，其中：第一位代表合金的系列，如第一位 数字为1，则代表为纯铝系列，第一位数字为2-8，则代表不同系列的铝合金。具体的合金组别按下列主要合金元素划分:纯铝：1XXXXCu2xxxxMnSiMgMg+SiZn3xxxx4xxxx5xxxx6xx
4、xx7xxxx其它元素8XXXX备用组9XXXX1XXXX组表示纯铝，其最后两数字表示最低铝百分含量中小数点后面的两位。 牌号的第2位数字表示合金元素或杂质极限含量的控制情况，如果第2位为0,则表示 其杂质极限含量无特殊控制，如果是1 -9,则表示对一项或一项以上的单个杂质或合 金元素极限含量有特殊控制。2xxxx-8xxxx牌号中的最后两位数字没有特殊意义，仅用来识别同一组 中的不同合金，其第2位表示改型情况。如果第2位为0，则表示为原始合金，如果是 1-9，则表示是改型合金。表一示出了目前我公司常用的铝合金的化学成份表一 我公司常用铝合金品种及化学成份牌化学成份(%，不大于)号 Si Fe
5、 CuMnMgNiZnVTi Zr其余Al单个合计1145 Si+Fe:0.550.050.050.05-0.050.050.03 -0.03-99.451100 Si+Fe:0.950.050.05-0.10- -0.050.1599.00-0.201235Si+Fe:0.650.050.050.05-0.100.050.06 -0.03-99.358011 0.550.70.050.050.05-0.10-0.08 -0.050.15余量-0.65 -.85HL01 0.15 0.20.050.20.05-0.10 -0.050.1599.00-0.28-0.252 铝及铝合金的状态及代号
6、2.1基本原则1.,基础状态代号用一个英文大写字母表示2.细分状态代号采用基础状态代号后跟一位或多位阿拉伯数字表示 2.2基础状态代号基础状态代号、名称及说明与应用见表二代号O名称退火状态H加工硬化状态说明与应用适用于经完全退火获得最低强度的加工产品 适用于通过加工硬化提高强度的产品,产品在 加工硬化后可经过(也可不经过)使强度有所 降低的附加热处理。H后面必须跟两或三位阿 拉伯数字2.3细分状态代号1. H的细分状态在字母H后面添加两位阿拉伯数字(Hxx)或三位阿拉伯数字(Hxxx)表示的细分状态.2. H xx状态a. H后面的第1位数字表示该状态的基本处理程序，如：H1 予经附加热处理,
7、只经加工硬化即所需强度的状态.H2 加工硬化及不完全退火的状态，适用于加工化程度超过成品规定要求后, 经不完全退火使强度降低到规定指标的产品.H2与的H1具有相同的最小极限抗拉强度值, 但延伸率比H1稍高.b. H后面的第2位数字表示产品的加工化程度，数字8表示硬状态，对于0(退火)和H x 8之间的状态，应在H x代号后分别添加从1到7的数字来表示，在H x后 添加数字9表示比H x8加工硬化程度更大的硬化状态。第二章轧制原理 轧制过程，是轧辊与轧件相互作用时，轧件被轧辊拉进旋转的轧辊之间，受到压缩发生 塑性变形的过程。通过轧制，使金属具有了一定的尺寸和形状。第一节 轧制过程的基本概念1 变
8、形指数 在轧制过程中，在工程上常用如下变形指数表示其变形量程度： h8 =x100%(1-1)H上式上,Ah代表压下量，H代表轧前厚度，8称为相对压下量，或加工率。加工率分道次加工率与总加工率两种，道次加工率是指某一个轧制道次轧制前后厚 度变化计算的值。而总加工率有两种计算方法，一种是计算两次退火间的总加工率，一 般说来，它反映了金属的加工性能；一种是计算退火后的产品在逐道次轧制后，至各道 次总的加工率。般工业上将轧后长度与轧前长度之比称为延伸系数，用久表示 根据体积不变法则，且忽略宽展，延伸系数也可以写成如下形式：H1久=(12)h 182 变形区及变形区长度 变形区：即处于轧辊之间产生塑性
9、变形的金属所处的区间。而在轧制理论中 变形区一般为轧件的入端与出端之间的区间，如图1-1中的ABCD区域图1-1在变形区中，接触弧AB的水平投影叫做变形区长度，根据数学方法，我们可以很容易的得出变形区长度的计算公式：1=RA h(1 3)式中：R:工作辊的半径A h:绝对压下量 (1-3)给出了对称轧制过程中变形区长度的计算公式。3 接触角 接触弧AB的长度所对应的圆心角称为接接触角。其计算公式如下：Ahcosa =1 (1-4)2R3 咬入角咬入角是轧辊作用于轧件之合力与辊心连线所夹的角，在轧辊开始咬入轧件入角等于正 常轧制时的接触角，此时，接触角等于零。随着轧件的咬入，咬入角逐渐减小，接触
10、角逐渐 增大，当轧制过程建立后，咬入角等于接触角的一半。5 前滑和后滑a) 前滑在轧制过程中，轧件的出口速度高于该处轧辊圆周速度的现象称为前滑。前滑值用轧辊 出口断面上轧件与轧辊速度的相对差值来表示：Vh vSh= X100%(15)v式中：Sh:前滑值Vh：轧辊出断面轧件的速度v： 轧辊的圆周速度b) 后滑与前滑相对应，后滑，是指轧件垢入速度小于入断面上轧辊水平速度的现象，同样， 后滑值用入断面上的轧辊水平分速度与轧件入速度差的相对值来表示。Vcosa-VHSH =X100%(16)Vcosa如图1-2所示，在轧制过程中，由于金属的流动，在变形区中形成了后滑区与前滑区.6 中性角 前滑区和后
11、滑区，两者的分界面称为中性面，而所谓的中性角，就是指前滑区接触弧所 对应的圆心角。通常用Y来表示。第二节 影响轧制过程因素分析轧制过程金属的变形及变形抗力受许多因素的影响，这些因素的影响在生产条件下又常 常表现为不同形式，而且各因素之间又互为影响。使轧制过程复杂化。为研究方便，我们将 复杂因素分解为单一因素，以便正确反映各种因素对轧制过程影响的实质。影响轧制过程的因素，可分成两类，一类是影响轧制金属本身性能的一些因素：金属 的化学成份，组织结构及热力学条件（轧制温度、轧制速度、变形程度）；一类是影响状态 条件的因素：外摩擦、轧辊形状及尺寸、外端及外力等。本节仅对第二类因素进行分析。1 外摩擦的
12、影响。 外摩擦对轧制过程的影响十分复杂，摩擦条件本身又受许多因素的影响与，如轧辊与轧 件的表面状态，轧制温度与速度，润滑剂的性能等等。根据金属压力加工的原理，随着外摩擦力的增大（摩擦系数升高），金属的变形抗力将 随之增大。但摩擦力增大，有利于改善金属的咬入。这也说明了摩擦力对轧制过程的影响具 有两重性。2 轧辊形状和尺寸的影响2.1 轧辊的形状的影响 轧辊的形状有三种：平辊、凸辊、凹辊，根据轧制理论的分析，凸辊对金属流动与变形有利，而凹辊则相反。在实际生产过程中，由于热胀冷缩及板形控制的需要，工作辊的辊型 均设计为凸辊。2.2 轧辊尺寸的影响 轧辊的尺寸，包括轧辊的辊径及长度。其中对轧制过程影
13、响较大的是辊径。 在压下量相同的情况下，轧辊辊径的变化，相当于咬入角的变化。根据压力加工原理，轧辊辊径的减小，使咬入角增加，同时，还使滑移路程缩短而减少了摩擦阻力的影响，从而 降低了实际变形的抗力，有利于金属的纵向流动。由此说明，在一定的轧制条件下，辊径的 减小有利于金属的变形。另外，轧辊的直径对变形抗力也有显著的影响，这是由于随着直径的增加，由于接触表 面增大，使摩擦阻力增加，而造成难变形区增加，引起金属变形困难而压力升高。它充分反映了尺寸因素的影响。图1-3示出了辊径对轧制力的影响。1:D=180mm2:D=92mm3:D-45mm图 1-3 辊径对轧制压力的影响3外端的影响所谓外端,是指
14、变形过程 其瞬间不直接承受轧辊作用而处于变形区以外的部分.外端对 纵向变形有强迫“拉齐”的作用，有助于改善纵向变形的不均匀性，另外，外端对变形抗力 也有一定的影响。轧件越厚，外端的影响越大，变形越不容易深入。对于铝箔轧制而言，外 端的影响已经很小。4张力的影响张力对轧制过程的影响，主要有以下两个特点：1 轧制单位压力随前后张力增加而降低。因为张力的作用使变形区的应力状态发 了变化，增大了纵向的拉应力或减小了这个方向的压应力。因而使轧制时抗力减小。2. 后张力比前张力影响大，冷轧时，后滑区比前滑区要大得多，压下量也较前滑区 大。所以后张力影响比前张力大。张力促使变形均匀。轧制过程中，如果沿横向某
15、处延伸较小时，由于张力作用会 使延伸方向上的拉应力加大，或压应力减小，促使延伸变形；延伸较大的地方其作用相 反，即拉应力减小，或压应力增大，使延伸变形减小。从而减少了沿横向的不均匀延伸， 提高了带材精度。轧制带材，特别是箔材，若不采用张力甚至不可能轧制出成品。张力，是实现稳 定轧制及轧制过程自动化的重要条件。张力是轧制生产中一个重要的工艺参数。第三节 铝箔轧制的特点生产铝箔的最终目的，是要获得一种致密的、光洁度和平整度好的箔材，且厚度 薄，精度要求高，因此，采用一般的板带材轧制的方法是难以达到的。所以，它除具有 一般板带轧制的通性外，还有着很多不同的特点：1 无辊缝轧制铝箔轧制过程中，由于轧件厚度薄，所以
