（材料物理与化学专业论文）ps版铝板基的制备工艺及性能研究.pdf

西南大学硕士学位论文 摘要 p s 版铝板基的制备工艺及性能研究 材料物理与化学专业硕士研究生：李春红 指导老师：曾苏民( 院士) 摘要 本论文选以1 0 5 0 铝合金和1 0 5 2 铝合金为原料，经过熔铸、均匀化处理、热轧、中间退火、 冷轧工艺，各工艺采用相同的参数，对成品试样金相显微组织、力学性能和电解腐蚀性能进 行比较，选出性能较好的铝合金。以此铝合金为原料，改变热轧变形量、变形温度、中间退 火温度、冷轧变形量，结合金相显微组织，电镜微观组织观察各因素对性能的影响，得到综 合性能较好的制备工艺。分析了显微组织对力学性能与电解腐蚀性能的影响，并在制各过程 中采取措施提高材料的表面性能。结果表明如下： ( 1 ) 1 0 5 2 铝合金中的m g 元素含量比1 0 5 0 中多，m g 元素对晶粒长大有抑制作用，并能 提高纯铝的再结晶温度，所以1 0 5 2 铝合金板晶粒比1 0 5 0 铝合金板晶粒细小均匀，这有利于 提高铝合金板的强度和腐蚀性能，并且1 0 5 2 铝合金板表面m g 元素的富集分布和形成的氧化 镁利于提高板基的腐蚀性能。因此用1 0 5 2 铝合金制成的p s 板基比用1 0 5 0 铝合金制成的好。 ( 2 ) 在4 7 0 c 热轧，4 2 0 l h 中间退火条件下，试样的力学性能主要由冷轧变形量决定， 而未进行中间退火的试样由热轧变形量和冷轧变形量共同决定。未经过中间退火的试样冷轧 变形量8 5 的硬度最高，经过中间退火的试样冷轧变形量9 0 的硬度最高。且经过中间退火的 试样的力学性能和电解腐蚀性能比未经过中间退火的好。 ( 3 ) 热轧温度3 8 0 c ，中间退火3 8 0 l h ，热轧变形量为8 8 ，冷轧变形量为8 5 时， 得到的性能最好，抗拉强度2 0 9 7 m p a ，屈服强度为2 0 6 2 m p a ，延伸率为3 4 ，平均晶粒为 1 5 1um 。在2 5 ( 体积分数) 的h c l 水溶液中，试样的电解腐蚀电流密度可高达4 0 2 1 e 一5 a c m 2 ， 自腐蚀电位达到_ 0 7 3 5 8 v ，腐蚀均匀性好，腐蚀后表面形貌孔洞尺寸较小，形状规则，分布 均匀。 ( 4 ) 轧制过程中产生大量位错，位错边界分割晶粒而使晶粒细化，热轧过程中的动态再 结晶和热轧后的退火都有细化晶粒作用，因此此工艺使晶粒得到较大细化，晶粒可以从2 1 0 um 左右减小到1 5um 左右。试样的显微硬度随着晶粒的减小而提高。 关键词：10 5 2 p s 版板基制备工艺显微组织力学性能电解腐蚀 s t u d y o np r e p a r a t i o np r o c e s sa n dp r o p e r t i e so f a i u t i u ms u b s t r a t ep sp l a t e u m i n i us t r a l a t e m a j o r ：m a t e r i a l sp h y s i c sa n dc h e m i s t r y a d v i s o r ：p r o f s u m i nz e n g d i r e c t i o n ：n o n f e r r o u sa l l o y s a u t h o r ：c h u n h o n gl i a bs t r a c t b ya n a l y z i n ga n dc o m p a r i n gt h em i c r o s t r u c t u r e s ，m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s a n d e l e c t r o l y t i cc o r r o ，s i o np r o p e r t i e so f1 0 5 0a n d1 0 5 2a l u m i n u ma l l o y sp r o d u c e db y t h e s a m ef o r m i n gp a r a m e t e r so fm e l tc a s t i n g ，h o m o g e n i z a t i o nt r e a t m e n t ，h o tr o l l i n g ， i n t e r m e d i a t ea n n e a l i n ga n dc o l dr o l l i n g ，t h ea l l o yw i t hb e t t e rp r o p e r t i e sw a sc h o s e nf o r f u r t h e r s t u d y t h e e f f e c t so fh o t r o l l i n gr e d u c t i o n ，d e f o r m a t i o nt e m p e r a t u r e ， i n t e r m e d i a t e a n n e a l i n gt e m p e r a t u r ea n dc o l d r o l l i n gr e d u c t i o no n m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s o ft h ec h o s e na l l o yw e r ei n v e s t i g a t e db yo p t i c a lm i c r o s c o p ya n de l e c t r o n 。m i c r o s c o p y ， a n dt h ep r o c e s s i n gp a r a m e t e r st og e tb e t t e rm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sw e r eo b t a i n e d t h e e f f e c t so fm i c r o s t r u c t u r e so nm e c h a n i c a la n dc o r r o s i o np r o p e r t i e sw e r ea l s os t u d i e da n d s u i t a b l em e t h o d sw e r ea d o p t e dt oi m p r o v et h es u r f a c eq u a l i t yo ft h ea l u m i n u ms u b s t r a t e p l a t e t h em a i nc o n c l u s i o n sf r o me x p e f i m e n t sc a n b ed r a w na sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ec o n t e n to fm g i n 10 5 2i sl a r g e rt h a nt h a ti n10 5 0a l l o y , w h i c hc a nr e s t r a i n s g r a i n si nt h ea l l o y sf r o mg r o w i n ga n dt h e ni n c r e a s et h er e c r y s t a l l i z a t i o nt e m p e r a t u r e h e n c e ，t h eg r a i ns i z eo f10 5 2a l l o yi ss m a l l e rt h a nt h a to f10 5 0a l l o y , b e n e f i t i n gt o i m p r o v et h em e c h a n i c a la n dc o r r o s i o np r o p e r t i e so ft h ef o r m e ra l l o y a tt h es a m e t i m e ， al a r g e rm o u n to fm gc o n t e n tw i t ho x i d em g o d i s t r i b u t e do nt h es u r f a c e so f10 5 2a l l o y p l a t ei sb e n e f i c i a lt oi n c r e a s i n gi t sc o r r o s i o np r o p e r t i e s ( 2 ) g i v e nt h a tt h es a m p l e sa r eh o t r o l l e da t4 7 0 a n di n t e r m e d i a t e a n n e a l e d a t 4 2 0 。cf o r 1 l lt l l em e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa r em a i n l yd e t e r m i n e db yt h ec o l d r o l l i n g r e d u c t i o n w h i l ef o r t h es a m p l e sw i t h o u ti n t e r m e d i a t e - a n n e a l i n gt r e a t m e n t ，t h e i r m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa r ed e t e r m i n e db yb o t hh o tr o l l i n ga n dc o l dr o l l i n gr e d u c t i o n s t h es a m p l ew i t h8 5 c o l d r o l l i n g r e d u c t i o na n dw i t h o u ti n t e r m e d i a t e a n n e a l i n g t r e a t m e n th a st h eh i g h e s th a r d n e s s h o w e v e r , t h es a m p l ew i t h9 0 c o l d r o l l i n g r e i d l l c t i o nw i t hi n t e r m e d i a t e a n n e a l i n gt r e a t m e n tp o s s e s s e st h eh i g h e s th a r d n e s s a n da t t h es 锄et i m e ，i t sm e c h a n i c a la n dc o r r o s i o np r o p e r t i e sa r eb e t t e rt h a nt h o s eo ft h e i i 西南大学硕士学文 a b s t r a c t s a m p l ew i t h o u ti n t e r m e d i a t e a n n e a l i n gt r e a t m e n t ( 3 ) t h es a m p l eh o tr o l l e da t3 8 0 cw i t hd e f o r m a t i o nr e d u c t i o n8 8 ，i n t e r m e d i a t e a n n e a l e da t38 f o rlha n dc o l dr o l l e dw i t hd e f o r m a t i o nr e d u c t i o n8 5 h a st h eb e s t m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ( n a m e l y , y i e l ds t r e n g t h2 0 6 m p a , t e n s i l es t r e n g t h2 0 9 7 m p aa n d e l o n g a t i o nt of a i l u r e3 4 ，a n dt h ea v e r a g eg r a i ns i z ei sa b o u t1 5 i 岬。u n d e r2 5 p e r c e n to f ( v o l u m ef r a c t i o n ) o fh c la q u e o u ss o l u t i o n ，t h ec o r r o s i o nc u r r e n td e n s i t yi s 4 0 2 1 e - 5a c m 2 ，c o r r o s i o np o t e n t i a li s 一0 7 3 5 8v ，r e s p e c t i v e l y ，a n dt h ec o r r o s i o nc a v i t y i sf i n ea n du n i f o r m ( 4 ) al a r g ea m o u n to fd i s l o c a t i o n sa r eg e n e r a t e dd u r i n gr o l l i n g ，a n dt h es u b s t r u c t u r e f o r m e db yd i s l o c a t i o n si sf m e t h ed y n a m i cr e c r y s t a l l i z a t i o nd u r i n gh o tr o l l i n ga n dt h e f o l l o w e di n t e r m e d i a t ea n n e a l i n gc a l lr e f i n eg a i n s t h eg r a i ns i z eo ft h ea l l o yc a nb e r e f i n e df r o m210t o15 1p mt h r o u g ht h ec u r r e n tp r e p a r a t i o nt e c h n o l o g i e s ，a n dt h e m i c r o h a r d n e s so ft h ea l l o yb e c o m e sh i g h e rw i t hs m a l l e rg r a i ns i z e k e yw o r d s ：1 0 5 2p sp l a t e ；p r e p a r a t i o n ；m i c r o s t r u c t u r e s ：m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ； e l e c t r o l y t i cc o r r o s i o n 独创性声明 学位论文题目：里曼题堡题基的鱼备王苎区蛙篚婴究 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了 标注。 学位论文作者：夸泰钮 签字魄 呷年，月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生部可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：曰不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：套奈多上 导师签名： 嚼参反 9 签字日期： 列7 年厂月加日 签字日期：z o 9 7 年3 月 l o 日 两南大学硕十学位论文第一章发展概况及争产简介 第一章发展概况及生产简介 1 。1p s 版 2 0 世纪7 0 年代以前，文字印刷多用铅字印刷，图像印刷多用铜版和铜制雕刻 版印刷。随着激光照排技术的问世与发展，胶印技术的兴起和普及，7 0 年代以来 不管是文字印刷还是图像印刷，多采用以金属板为支持体的感光版制成印版的胶 印印刷。p s 版是当代胶印印刷的主要方式，p s ( p r e s e n s i t i z e dp l a t e ) 版即预涂 感光版。黔版是将铝合金轧制成一定厚度的薄板( 一般为0 1 5 t r 矿- - o 5 0 r a m ) ，表 面经特定工艺处理后涂上一层感光树脂，干燥后制成各种用途的印刷版。p s 版是 靠水、墨平衡的原理来实现的，i i p p s 版上的感光树脂层亲油墨、铝版基的砂目层 亲水来达到印刷之目的n 1 。p s 版因具有分辨力高、网点再现饱满，层次丰富，水墨 平衡易掌握，耐印力高等特点，在印刷中得到了迅速的普及比一。p s 版的优点已经 普遍得到确认，发展速度很快，成为现代快速印刷的新型版材秘。p s 版是当前消耗 量最大，也是最重要的平印版材，p s 版制造业已成为当先印刷器材造业极其重要 的支柱产业之一嘲。自9 0 年代以来，全球p s 版的市场大致为四个主要国家和产商垄 断嵋7 3 。他们是美、德、日、英，其中以英国为首，日本为后起之秀，其产品在市 场上所占份额逐年增长。p s 版是目前国内使用最普遍也是最基本的预涂感光版材。 我国已成为世界上为数不多的几个生产p s 版的大国之一，约占当年世界产量的 1 1 5 左右哺9 。 1 2p s 版板基概述 用铝板基做成的p s 版，质地轻，收缩性小，尺寸稳定，容易得到细密均匀的 砂目，而且版面保水性良好n 们。到目前为止，在p s 版基的材料选择上，还没有发 现能够替代铝板的更好材料n 。铝板基作为p s 版的支持体，占p s 版生产原材料总 成本的8 0 左右，同时还对p s 版的性能起着重要的作用。版基用铝合金板的性能 要求是：作为印刷支撑体要有充分的强度；要求有高的尺寸精度和良好的平面性： 要求易于表面处理，表面容易电解氧化：具有适应解模版的表面状态和化学组成； 外观美。由前面可知道，砂目层的状态对印品的质量影响很大。砂目层的状态与 铝版的内在质量及电解、氧化工艺有关。据有关资料表明n ：印刷质量的好坏， 关键在于p s 版的质量。在工艺技术和设备一定的情况下，p s 版的质量和成品率取 决于铝板基的质量，如表面质量、平直度、剪切质量与厚差等。 西南大学硕士学位论文第一章发展概况及生产简介 鼍! 曼曼曼曼皂曼曼曼曼! i i 一 ：i m 曼曼罡! 曼曼曼曼曼曼皇笪曼! 曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼! 皇曼! ! 曼! 曼曼曼曼曼! ! 苎曼曼! 曼曼! 曼曼曼量! 曼曼舅 1 3p s 版板基选材 目f i 茸p s 版板基用的铝合金材主要有1 0 5 0 、1 1 0 0 、3 0 0 3 和3 1 0 3 四种，各合金化 学成分见表1 1 。除1 0 5 0 使用电解粗化法外，一般都采用磨刷粗化法进行表面租化。 3 系合金含m n 等元素，因此有较高的强度。国内外一般采用1 0 5 泖3 1 0 3 铝合金作为 p s 版板基。德国h y d r o 公司率先推出用1 0 5 2 牌号铝合金生产铝卷做p s 版的铝板基， 并发现它比1 0 5 0 铝合金有更多的优点。据介绍，1 0 5 2 牌号铝板中增加了镁的含量， 从而改善了板材的力学性能，提高强度。用这种铝板基作支持体的p s 版制成印版 上高速轮转机印刷，不再存在“纵、横的裁切问题”，不易飞版，断版次数明显 减少。同时还提高了板的电解适应性，盐酸、硝酸都可用来电解，改善了电解砂 目的响应敏感性。电解时，不必强化处理就能形成细密而均匀的砂目。与1 0 5 0 牌 号铝板相比，在同样砂目状况下可节省1 0 的电量( 即电解时可降低电流密度，降 低酸的浓度) 。 表1 1p s 版用的铝及其合金化学成分 注：铝及铝合金各国肴j 规定有牌号多以4 位网拉伯致早表不生严铝卷用的质量百分效不少于9 9 0 0 的工业纯铝牌号为l x x x 牌号后两位数字表示最低铝的百分含量。当最低铝的质量百分数精确到o o l 时牌号的最后两位数字就是最低铝百分含量中小 数点后的两位数字牌号为1 0 5 0 就是表示铝的质量分数为不少于9 9 5 0 牌号的第二位数”x ”表示受控杂质的个数。如对单个 杂质元素含量不需要特别控制的工业纯铝。牌号的第二位数用”0 ”表示。有的牌号数字后标注大写字母。h ”表示优质，即对杂质 含量要求更严、性能要求更高的优质合金牌号的第一位数表示主要添加元素，代表合金系列如3 x x x 系为锰合金铝 1 4 铝板基的制备工艺 铝板基的生产工艺为：熔炼铸造一均匀化处理一热轧一均匀化处理一冷轧n 到。 熔炼铸造：将厚铝锭及回炉熔化后，通过调整成分、精练除气、扒渣、过滤 等工序后铸成扁锭。合金在凝固时的冷却速度为0 卜l o o s ，凝固后的铸态组织 通常偏离平衡状态。铸造时如对铸造速度、冷却强度控制不当时，铸锭温度控制 2 西南大学硕士学位论文第一章发展概况及生产简介 不当时，铸锭将产生粗大的结晶。因此，一般在铸造前要进行细化处理，通常用 钛系列来细化铸锭晶粒，但钛添加量大时会影响粗化表面的质量，因此钛的添加 量要合适。铸态组织枝晶网络间及晶界上非平衡共相( 非平衡过剩相) 网络较脆， 塑性较低，加工性能差，对热、冷压力加工过程不利。因此，应该采取措施消除 铸锭组织及成分的不均匀现象。 、 均匀化处理：均匀化退火时，主要的组织变化是枝晶偏析消除、非平衡相容 团结和过渡元素相沉淀，溶质的浓度逐渐均匀化。均匀化退火后的组织变化，使 室温下塑性提高并使冷、热变形工艺性能改善，降低铸锭热轧开裂的危险，改善 热轧带板的边缘品质，提高挤压制品的挤压速度。同时，均匀化退火可降低形抗 力，减少变形功消耗，提高设备生产效率。均匀化退火还可以消除铸锭残余应力， 改善铸锭的机械加工性能。因此，残余应力较大且需进行均匀化退火的硬合金铸 锭，锯切、铣销等机械加工应在均匀化处理后进行。均匀化处理的保温时间基本 上取决于非平衡相溶解及晶内偏析消除所需的时间。多数情况下，均匀化完成时 间可按非平衡相完全溶解的时间来估计。非平衡相在固溶的溶解时间t 与这些相的 平均厚度砣间有公式( 1 ) 经验关系，式中a 及b 为系数，依均匀化温度及合金成 分而改变。对铝合金，指数b 为1 - 5 - 2 5 。加热速度的大小以铸锭不产生裂纹和不 发生大的变形为原则。冷却速度值得注意。例如，有些合金冷却太快会产生淬火 效应；而过慢冷却又会析出较粗大第二相，使加工时易形成带状组织n 嬲。 t = a m b ( 1 ) 热轧：热轧是指金属在再结晶温度以上的轧制过程。热轧是充分利用合金高 温塑性，以便在一定温度范围内，将轧件轧到所需最小厚度，并获得适当的力学 性能。热轧通常可分为：热粗轧和热精轧。热轧过程金属同时存在硬化和软化现 象。因变形速度的影响，只要回复和再结晶软化过程来不及进行，金属就随变形 程度的增加产生一定的加工硬化。但是在热轧温度范围内，软化过程起主导作用， 只要当轧制温度降低时，金属变形抗力才逐渐增大。热轧与冷轧相比其特点是： 热轧能显著降低能耗，改善金属及合金的加工工艺性能，热轧可采用大铸锭生产， 提高了生产效率，但是，热轧的产品尺寸较难控制，精度较差；热轧性能波动范 围大：由于金属氧化、粘铝等原因，产品表面质量较差。热轧前要进行铸锭铣面， 铸锭铣面是为了出去表面的偏析瘤、夹渣、结疤和表面裂纹，减少板片的金属及 非金属压入缺陷，提高表面质量；易于包铝，提高包铝的焊合品质和抗蚀性能。 铣面用乳液成分可与热轧的相同，浓度啊2 一1 0 控制。按合金的相图可计算出热 轧温度的近似值，如公式( 2 ) ，式中兀届分别是热轧温度及合金的固相线温度。 热轧工艺参数主要包括开轧温度、轧制速度、总加工率、道次加工率。 t = ( o 6 5 o 9 5 l 蹈( 2 ) 两南大学硕士学位论文第一章发展概况及生产简介 i 终轧温度要保证产品所要求的性能和晶粒度。温度过高会使晶粒粗大，不能 满足性能要求。温度过低会引起? i n - r _ 硬化，能耗增加，导致晶粒大小不均及性能 不合要求。要确定热轧温度范围，一般考虑以下因素：金属和合金的状态图；金 属与合金的塑性图：第二类再结晶；热精轧终了温度，一般要求金属或者合金在 热轧第一季机架的入口温度要达至w j 4 2 0 ，通常控制在4 2 0 - 4 8 0 口“蜡j 引。 热轧速度：轧制速度是影响热轧变形速度的一个重要因素，进而影响金属的塑 性。因此轧制速度除了考虑生产效率外，还应有利于提高金属的塑性。各道次的 轧制虚度遵循低速咬入，高速稳定轧制，低速抛出的基本规律。同时还要遵循“高 温低速、低温高速”的原则。 总加工率：大多数铝及铝合金的热轧加工率可达9 0 以上，其确定原则是：高 温塑性范围较宽，热脆性小的铝材总加工率大；供冷轧用的坯料，热轧总加工率 应留有足够的冷变形量，以便控制产品性能及表面品质。对热轧产品。应使铸造 组织转变为加工组织；轧机能力大及设备条件容许铸锭厚且质量好，加热均匀， 热轧总加工率可相应增加。 道次加工率：受到四个条件的限制，( 1 ) 金属塑性的限制，( 2 ) 咬入条件 的限制，( 3 ) 轧锟强度条件的限制，( 4 ) 主电机能力的限制。开始轧制阶段，道 次加工率比较小，如果过大轧制变形热使轧制温度升高，对于包铝板应小于1 0 。 中间轧制阶段：热加工组织增加，但是芯部金属仍为原始态，没有发生塑性变形。 在这种情况下，表层金属受芯部金属的牵制而产生附加压应力，芯部金属受到拉 应力，且芯部金属存在一些缺陷，在附加拉应力的作用下，易在缺陷部位，晶角 的交界处造成应力集中，而导致轧件裂纹，这时应加大道次加工率，使轧件尽快 越过易碎区，在轧制后期，为了弥补轧件的热损失，同时为了保证热轧产品最终 的组织和性能采用较大的道次加工率n ，加工率可为4 5 - 5 0 。最后轧制阶段：一 般道次加工率减小，热轧最后两道次温度较低，变形抗力教大，其压下量应在控 制板凸度的基础上，保持良好的板形条件和厚度偏差。 热轧轧锟：轧锟的强度、硬度、刚度、表面粗糙度及制造精度是衡量轧锟品 质的重要指标。轧锟硬度低，轧制时易产生压坑，导致轧件表面产生锟印，降低 轧锟的耐磨性和使用寿命。硬度过高，轧锟韧性下降而变脆，受急冷易产生龟裂 或剥落。一般热轧锟工作表面层的平均硬度，工作锟为h s 6 0 - 8 5 ，支撑锟为h s 4 5 - 5 0 ， 锟身表面粗糙度直接关系到产品的表面质量，在一定条件下，锟身表面粗糙度越 低，轧后带材越光洁，在一定工艺条件下，带材表面粗糙度基本上与轧锟表面粗 糙度呈线性关系n 引，一般热轧锟表面粗糙度r a 为1 2 5 0 6 3um 。材料决定轧锟性 能的主要因素，为了提高硬度和耐磨性，减少轧锟内部缺陷，大多数热轧锟采用 的是锻钢。另外，为了提高产品尺寸精度，还应对轧锟的椭圆度、同轴度、圆锥 4 西南大学硕十学位论文第一章发展概况及生产简介 度和锟径差有严格的要求。 热轧时用润滑剂的作用是，冷却轧锟，减少摩擦，防止沾锟，改善表面品质； 减少轧锟磨损及龟裂，延长其使用寿命。对润滑剂的要求是：润滑性好，耐高温， 闪电高；高温退火后不留残灰和油垢；较高的油膜强度，以防止粘锟；稳定性高， 热分离性好，易于破乳，使用周期长；不腐蚀轧件和轧锟；来源广，成本低。热 轧后一定的冷轧压缩率还可以得到光亮的试样表面，但压缩率太大也不能起到抛 光的作用，因此抛光压缩一般总压缩绿为不超过1 0 ，多在5 左右 温轧：温轧是把铸锭或者板坯加热到再结晶温度以下进行的轧制过程，因此 从本质上来讲温轧属于冷轧范畴，使用于下面两个方面：( 1 ) 有些金属在室温下 塑性很低，加工硬化也比较明显，难以进行加工，而在温轧时却有较好的塑性， 有些刚就是这种，( 2 ) 为了强化生产过程，提高生产率，利用热轧后的余热直接 进行轧制，如铝合金等。 中间退火：p s 版板基要通过冷轧来完成，而最终的铝板强度及其他指标要满 足p s 版板基的要求。因此，在冷轧中间要进行中间退火j 将变形铝和铝合金加热， 会发生回复和再结晶。其驱动力是形变储存能。形变储存能的形式是晶格畸变和 各种晶格缺陷，如点缺陷、位错、亚晶界等。加热时晶格畸变将恢复，各种晶格 畸变将发生一定的变化( 减少、组合) ，金属的组织与亚结构将向平衡状态转化。 在退火温度低，退火时间短时，变形金属发生的主要是回复。回复的主要本质是 点缺陷运动和位错运动及其重新组织，在精细结构上表现为多边形过程，形成亚 晶组织：退火温度升高或是退火时间延长，亚晶尺寸逐渐增大，位错缠结逐渐消 除，呈现鲜明的亚晶晶界，在一定条件下，亚晶可以长大到很大尺寸，这种情况 则合金发生了再结晶。再结晶晶粒与基体间的界面一般为大角度界面，这种再结 晶晶粒与多边形过程所产生亚晶间的主要区别。发生再结晶的温度为再结晶温度。 再结晶温度不是一个物理常量，在合金成分一定的情况下，他与变形程度及退火 温度有关。回复不能使变形储存能完全释放，只有再结晶过程才能使加工硬化效 应完全消除。 再结晶尺寸是最重要的组织特征，直接影响到材料的使用性能和工艺性能， 以及表面品质等。影响再结晶晶粒大小的因素有：( 1 ) 退火金属内在因素，一般 说来随合金元素及杂志含量增加，晶粒尺寸减小。因为无论合金元素溶入固溶体 中，还是成为弥散相，均阻碍界面迁移，有利于得到细晶粒组织；( 2 ) 工艺条件 的影响。在变形程度增大时，比值不断增大，再结晶晶粒不断细化。变形温度升 高，变形后退火时所呈现的领结变形程度亦增加，这是由于高温变形同时会发生 动态回复，使变形储存能降低。为了得到较细晶粒，高温变形需要更大的变形量。 退火温度升高，形核率与晶核长大速度增加，若两参数以相同规律随温度而变化， 两南大学硕士学位论文第一章发展概况及生产筒介 则再结晶完成的晶粒尺寸与退火温度无关，如果形核率比晶核长大的趋势强，则 退火温度越高，再结晶完成的瞬间晶粒越小，但是大多数晶粒多随温度增高而粗 化，这是因为实际退火时都己发展到晶粒长大阶段。在一定温度下，退火时间增 长，晶粒逐渐增大，但达到一定尺寸后基本终止。除退火温度和保温时间外，加 热速度对晶粒尺寸也有较大的影响。加热速度快，再结晶后晶粒细小。 冷轧：冷轧产生加工硬化，金属的强度和变形抗力增加，伴随着塑性降低。 冷轧可以获得厚度较薄的板带材；产品尺寸精度高，表面品质与板形好：产品的 组织与性能均匀，能配合热处理生产出力学性能和加工性能优良的各种状态的产 品。由于冷轧会产生加工硬化，变形能耗增加，因此大部分铝及铝合金需要中间 退火，并应与热轧配合，尽量减少冷轧压下量。 冷轧总加工率的确定：冷轧总加工率是指两次退火间的压下率。视冷轧的目 的不同，总加工率的确定不同，主要受到金属的塑性，设备条件，最小可轧厚度、 产品条件等的限制：充分发挥合金塑性，尽可能采用大的总加工率，降低成本； 保证产品品质，防止总加工率过大产生裂边和断带，恶化表面品质；充分发挥设 备能力，保证设备安全运转。对于成品的冷轧总加工率的确定，主要决于技术标 准对产品性能的要求。因此，应根据产品不同状态或性能要求，确定成品总加工 率。对于硬制品和特硬制品其最终性能主要取决于成品冷轧是总压下率，随着冷 变形程度的增加，金属的塑性下降，强度升高。一般来说，h 1 8 状态产品冷轧总加 工率为7 5 ，h 1 9 状态产品达n 8 0 以上。对于半硬制品的性能通常采用两种工艺方 法获得，一种是把冷轧后的板材，利用控制退火温度的方法，其产品用h 2 n ；另一 种是对完全退火的铝材利用控制冷轧总加工率的方法，其产品用h l n ，从工艺要求 来看，控制退火后的冷轧总加工率比较容易和方便，而用控制退火温度来获得制 品性能比较困难；在获得同一抗拉强度的情况来看，采用控制退火温度方法所获 得的伸长率高于控制冷轧总压下率的方法；从力学性能统计来看，控制退火温度 的产品其性能数据分散度较大。 道次压下率的分配：总加工率确定后，应该合理分配道次加工率。其基本原 则是：在产品品质和设备安全均能保证的前提下，尽量减少道次，增大道次加工 率，提高生产效率。大压下量冷轧工艺是世界铝发展的一个趋势。具体分配道次 加工率的一般原则是：第一道次加工率较大，以充分利用金属塑性，随后加工率 逐渐减小，但毛料品质较差例外；保证顺利咬入，不出现打滑现象，各道次轧制 力应尽量接近，这对稳定工艺，调整锟形有利，保证设备安全，严禁超负荷进行。 冷轧速度是指轧锟的线速度，他是冷轧的一个重要参数。冷轧速度的大小直 接决定轧机的生产率，也是衡量轧制技术的水平高低的重要指标之一。高速轧制 是世界带轧机的发展趋势，从生产效率和产品品质考虑，希望速度越快越好。然 6 西南大学硕士学位论文第一章发展概况及生产简介 i i i 一一一一 i i 一一一 i 曼曼曼曼! 曼! ! 量 而，伴之而来的安全方面的问题，为了减少断带及断带所造成的锟面损伤、失火 等事故，对大多数轧机来说，实际速度和设计速度均有一定的差异，目前国内先 进的冷轧机速度一般在5 0 0 m m i n 至1 0 0 0 m m i n ，另外，冷轧开坯道次冷轧速度应略 有降低。 冷轧时的冷却润滑剂的要求：基础油的粘度要适当；润滑性能良好，摩擦系 数小，油膜强度大，在高压下不破坏，并能均匀附着且附着力较大，不腐蚀轧件 和轧锟，并容易去除，闪电适当。闪电过高，退火时不易烧净，是产品表面产生 油斑；闪电过低，轧制时易发挥油烟，或着火。冷轧润滑油有基础油加1 - 1 0 的 添加剂混合而成。基础油主要有饱和烃，芳香烃及少量的稀烃组成。按照基础油 的组成，基础油可分为石蜡系、环烷系和芳香系三种。添加剂可分为油性剂和及 压剂。油性剂是主要的使用添加剂。 1 5 铝板基的质量要求 表1 2 铝板基的行业标准( h g t 2 6 1 9 - - 1 9 9 4 ) 铝板基的好坏对于制造良好砂目是至关重要的，铝板基行业标准( h g t 2 6 1 9 1 9 9 4 ) 如表1 2 ，标准中对于铝的合金牌号、成分以及物理性能都有规定n 射。 7 西南大学硕士学位论文第一章发展概况及生产简介 1 5 1 铝板基的表观质量 铝板基表面应洁净、平整，无裂纹、腐蚀、穿通气孔、严重擦划伤、折伤、 印痕、起皮、松树枝状花纹、油痕等缺陷；表面不允许有非金属压人、擦划伤、 粘伤、横皮及较严重的横纹；不允许有轻微色差、亮条等问题铝板表面不能太 粗糙，目前国外表观粗糙度一般要求r a 0 2 51 1m ，同版偏差小于0 0 5pm ，我国 行业标准规定板基粗糙度指标为o 2 5 珈3 0hm 。为了保证表面质量，除去表面油 污染和杂质，热轧和冷轧后的板基一般采用碱洗加酸中和的方法，采用氢氧化钠 出油污：3 n a o h + ( r c o o ) 。c 3 h 。= c ：h 。( o h ) 。+ 3 r c o o n a ，用盐酸中和未发生反应的 氢氧化纳。在卷筒式p s 版生产线上铝板基经碱洗、酸中和后的溶解量应控制在2 8 9 m 2 以内深度约为0 0 7 - - - - 0 2 7pi 透右，铝板基表面不应有折伤或钉孔这 是因为它们不仅会引起底片与p s 版之间接触不实而造成图像发虚，还可能引起烧 版或损坏设备。铝板基的平直度应适应p s 版电解的要求，因卷筒式p s 版生产线采 用无接触喷射法，砂目粗化，如板基的平直度不好或波浪大，则电极板与铝板间 距离不一，两者问的电解液流量不同，铝板基表面上的电量差异大，电解反应程 度强弱不一，形成砂目粗细不均。砂目细储水少达不到印刷要求；砂目粗储水 多，易造成印版空白部分起脏。如波浪太大还会造成铝基板与电极板局部接触引 起短路击穿，铝板就无法使用。同时因击穿产生的附属物( 铝渣铝屑) 会堵塞喷 管使得电解液喷射量不均甚至使喷管破裂造成铝板表面粗糙度差异大及设 备被损坏等问题呦2 。 1 5 2 铝板基的力学性能 铝板做为p s 版的支撑体，力学性能对其非常重要，且p s 版要在一定温度和时 间上进行烤版，因此要检测板基在此条件下烘烤后的力学性能。国内生产的p s 板 基抗拉强度大多为1 6 0 - ：- 2 1 0 m p a ，延伸率为1 0 - 2 0 。用1 0 5 0 牌号铝板生产的p s 版制成的印版拷版温度一般为2 5 0 - 2 6 0 * ( 2 ；而用1 0 5 2 牌号铝板生产的p s 版烤版 温度达：至u 2 9 0 也不会变形。烤版后不同牌号铝板力学性能比较，见表1 3 、表1 4 。 测试用0 3 0pm 厚的铝板，状态：3 1 0 3 ( h 1 6 ) ，1 0 5 0 ( h 1 8 ) ，1 0 5 2 ( h 1 9 ) 。 表1 32 4 0 。c 铐版1 0 m i n 后不同牌号的铝板力学性能对比 两南大学硕+ 学位论文第一章发展概况及生产简介 1 0 5 2 1 4 0 1 5 51 4 5 - 1 6 51 5 3 5 用于p s 版的铝材，属于工业级纯铝材，厚度一般为0 3 m m ，含量为9 9 5 。主 要杂质为铁和硅，其次是铜、镁、锌、锰、钛等。铝中少量的杂质的存在，能提高 纯铝的抗拉强度和硬度，减小延伸率，降低铝的导电性能。 铝板中微量元素对板基力学性能的影响。m n 作为杂质在铝板基中起细化组织 的作用，对铝板的再结晶过程有明显影响，能阻止其再结晶过程，提高再结晶温 度，并能显著细化再结晶晶粒。m n 含量增加到极限溶解度( 1 8 2 ) 时，铝板强度 不断增加，w ( m n ) 为0 8 时，伸长率达最大值。p s 版用铝板基中含一定量的有 提高其强度和韧性的作用。一般w ( m g ) 为0 0 5 - 0 3 ，不足0 0 5 时铝板 不能达到所要求的强度和韧性，在印刷装版或印刷中易产生断版现象。但如超过 0 3 ，虽然强度提高了，但在印刷中非图文部分容易上脏，而且压延板的平整 度也难以控制。c u 可提高铝板的硬度，在铝板基中有一定的固溶强化作用。z n 对 铝板有明显的强化作用，提高其硬度。 1 5 3 电解腐蚀性能呲1 p s 版电解腐蚀后的砂目质量直接影响着印刷品质，要求在电解制备砂目过程 中电解速度快，腐蚀均匀。点解粗化工艺过程为：去油一水洗一中和一水洗一电 解一水洗一去灰质一水洗一氧化一水洗1 。p s 板基处理有刷子磨版和电解磨版两 种工艺。刷磨属机械磨版，早期用的较多，近年来已很少采用；当今多采用电解 磨版工艺，以达到在铝板基表面形成均匀致密的砂目层。电解磨版是用酸( 通常 是盐酸或硝酸) 将版面腐蚀成砂目层。在电解时，一般采用交流电。当铝板为阴 极时，溶液中的氢离子在铝板上接受电子，生成氢气而逸出，当铝板为阳极时， 铝原子放出电子而生成铝离子进入电解溶液，在交流电的反复作用下，反应交替 进行，细微均匀的砂目由此产生。影响酸电解砂目的主要因素有：酸的浓度，温 度，电流密度，电解极距等。铝板在轧制过程中需要油质冷却在贮存和运输前 为防止表面腐蚀会涂有防锈油类加以保护为了使电解氧化达到理想效果在 9 两南大学硕士学位论文第一章发展概况及生产简介 对铝板进行电解、氧化等砂目化处理前，必须把铝板表面附着的油污除去乜制。 金属电解腐蚀速度可以用塔费尔直线外推法。当对处于自腐蚀状态的金属电 极进行极化时，将影响电极上的电化学反应。比如，对腐蚀金属电极进行阴极极 化时，电位负移，将使金属电极上的净还原反应速度增加，净的氧化速度减小， 二者之差为极化电流。还原反应速度五和氧化j 。与过电位的关系为公式( 3 ) 、( 4 ) ： 式中厶。为腐蚀电流密度，r 为相对于自腐蚀电位1 l r 。的过电位，通常取刀为正值， 公式为( 5 ) 、( 6 ) ，刀。为阴极极化时的过电位，刀为阳极极化时的过电位。阴极极 化时电流为公式( 7 ) ，五为阴极极化时的电流，阳极极化时电流为公式( 8 ) 矗为阳 极极化时的电流。当用直流电腐蚀金属电极进行大幅度( 一般 5 0 m v ) 极化时， 上式右面的第二相可以不计。上式可简为公式( 9 ) 或( 1 1 ) ，( 1 0 ) 或( 1 2 ) 。此式为 过电位和极化电流密度之间的半对数关系。若将r l 对l g i 作图可得直线，此直线称 为塔费尔直线。极化曲线的这一段称为塔费尔区，也叫强极化区。在强极化区区， 二塔费尔直线的交点表示金属阳极溶解速度和阴极去极化反应速度相同，金属腐 蚀达到相对稳定。这时的电位即是自腐蚀电位1 l r 。，所对应的电流就是金属的腐 蚀电流i 。 i ：= i ，e x p ( 2 3 翌) ( 3 ) d k f 1 = i c o e x p ( 2 小斧( 4 ) r h ：= 、| ，哪一y ( 5 ) 7 7 a = 少一v 。 k = i 。 e x p ( 2 3 套 一e x p ( 一2 3 套 = 一t 。 e x p ( 2 3 蛩) 一e x p ( 一2 3 癸) f k = i 一e x p ( 2 3 当) ( 9 ) f a = i e x p ( 2 3 磐) o kb n 碾= - b k 协咖+ b k 嫉 ，7 a = 一b a l g i 。+ b a l g ( 1 2 ) 根据这一原理，测定金属的一l g 搬化曲线。由塔费尔直线段的斜率可求b 。 和b 。将阳极或阴极的塔费而直线外推到与r l = o 的直线相交，交点对应的电流为腐 蚀电流i 。或者由阴、阳极二塔费尔线的交点得n i 。，如图1 1 1 0 西南大学硕士学位论文 第章发展概况及生产简介 皇曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼曼皇曼皇皇曼i ! i 曼曼量曼曼曼曼曼! 曼! 曼曼璺曼曼皇皇曼曼曼曼曼曼曼鼍曼曼皇曼皇曼曼曼鼍 f + 爹