（材料科学与工程专业论文）铝合金钎焊箔材复合轧制规律及工艺优化.pdf

中文摘要 摘要 铝合金复合钎焊板( 箔) 具有优良的抗腐蚀性能、导电、导热性能，被广泛 应用于各种热交换器中，如汽车水箱散热器、汽车空调冷凝器、蒸发器等。热交 换器用复合铝带箔是一类高附加值产品。中国自上世纪9 0 年代中期以来一直是这 类铝箔的净进口国，国产化率很低，而且产品质量较差，可见国产复合钎焊铝箔的 当务之急是提高产量与品质，替代进口产品。 本文主要以铝合金钎焊箔材4 0 0 4 3 0 0 3 4 0 0 4 为研究对象。针对其在轧制过程 中的变形规律和钎焊性能做了细致的分析，并对轧制工艺进行了优化。 文章首先分析了热轧复合过程中钎焊复合板( 箔) 的变形规律。利用正交方 法设计了试验方案，对热、冷复合轧制过程中包覆率、结合强度的变化进行了研 究；其次，以钎焊箔材的抗下垂性能为主要产品质量指标，重点讨论了成品轧制 前退火制度、轧制加工率、取样位置对钎焊箔材的抗下垂性能的影响，并制定了 最优的加工工艺，目前已在工业生产中得到应用，取得了很好的效果；最后，主 要研究了冷轧复合钎焊板( 箔) 的轧制变形规律，并分析了板材预处理工艺、轧 制加工率、扩散退火制度等因素与冷轧复合强度之间的关系，确定最终的工艺制 度，并得到复合质量较好的冷轧复合钎焊板。 关键词：铝合金，钎焊箔材，轧制规律，工艺优化 英文摘要 a b s t r a c t t h eb r a z i n gs h e e t ( f o i l ) o fa l u m i n u ma l l o yh a sp e r f e c tc o r r o s i o nr e s i s t a n c e p r o p e r t y , i ti s u s e dt ov a r i o u so fh e a te x c h a n g e rw i t hi t sh e a t - c o n d u c t i v e ，l i k ea 8 r a d i a t o r , m o t o r c a ra i rc o n d i t i o n e r , e v a p o r a t o r , a n ds oo n w h i tah i g aa d d e dv a l u eo f t h e b r a z i n gs h e e t ( f o i l ) o f a l u m i n u ma l l o y , i ti st h en e ti m p o r tp r o d u c t i o ni nc h i n a f r o m9 0 s l a s tc e n t u r y t h eh o m e b r e dr a t i oi sv e r yl o w , a n dw i t hi n f e r i o rq u a l i t y , s ot h eu r g e n t a f f a i r si su p g r a d et h eq u a n t i t ya n dt h eq u a l i t yo f t h eb r a z i n gs h e e t ( f o i l ) o f t h ea l u m i n u m a l l o y , a n ds u b s t i t u t et h ei m p o r tp r o d u c e s t h em a i ns u b j e c ti n v e s t i g a t e di nt h i st h e s i si s4 0 0 4 3 0 0 3 4 0 0 4b r a z i n gf o i lo f a l u m i n u ma l l o y a i ma tt h ed e f o r m a t i o nf o r m u l ad u r i n gt h er o l l i n ga n dd e t a i l e d a n a l y z i n gt h ep r o p e r t yo f b r a z e , f i n a l l yo p t i m i z i n gt h ep r o c e s st e c h n o l o g y f i r s t l y , t h ec o m p o u n d i n gr o l l i n gr u l e so ft h ea l u m i n u ma l l o yb r a z i n gf o i ld u r i n g t h eh o tr o l l i n gp r o c e s si si n v e s t i g a t e d t h ec l a d d i n gr a t i oa n dc o m p o u n ds t r e n g t ha r e s t u d y i n gd u r i n gt h eh o ta n dc o l dr o l l i n gp r o c e s sf o l l o w i n gt h ee x p e r i m e n tp l a nw h i c h d e s i g n e dw i t ht h eo r t h o g o n a lm e t h o d s e c o n d l y , p u t t i n gt h eh a n g d o w nr e s i s t a n c e p r o p e r t yo ft h ea l u m i n u ma l l o yb r a z i n gf o i la st h ep r i m a r yp r o d u c eq u a l i t yt a r g e t , a n a l y z i n gt h ea f f e c t i o no ft h ea n n e a l i n gp r o c e s sb e f o r ef i n i s h i n gr o l l i n g , r o l l i n gr a t i o ， t h ep o s i t i o no ft h es p e c i m e ns e l e c t i o no nt h eb r a z i n gf o i l ，a n ds e t t i n gd o w nt h eb e s t t e c h n i c a l a tp r e s e n t ，i ti su s e di nt h ef a c t o r yp r o d u c i n g t h i r d l y , t h ed e f o r m a t i o nr u l e s o ft h ec o l dc o m p o u n d e dr o l l i n gi ss t u d i e d ，t h er e l a t i o nb e t w e e np r e v i o u st r e a t m e n to f t h eb i l l e t ，r o l l i n gr a t i o ，d i f f u s e da n n e a l i n ga n dc o l dr o l l i n gc o m p o u n d e ds t r e n g t hi s a n a l y z e d ，w eo a ng e tt h ep e r f e c tc o l dr o l l i n gb r a z i n gf o i lb yt h eb e s tt e c h n i c a l k e y w o r d s ：a l u m i n u ma l l o y , b r a z i n gf o i l ，r o l l i n g d e f o r m a t i o nr u l e s ，t e c h n i c a l o p t i m i z i n g m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得重庆太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签名：字日期：一产加胡 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废太堂有关保留、使用学 和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权重废太堂可以将学 保密() ，在年解密后适用本授权书。 学位论文作者签名：争孙妫b 导师签名：雪哆 签字日期幻歹尹厂月胡签字日期秘叼年5 夥日 1 绪论 1 绪论 1 1 引言 1 1 1 金属复合板材的发展与应用 随着国民经济的迅速发展以及各种新技术、新产业的出现，对具有各种不同 性能的工程材料的需求越来越广泛。单一的金属材料或受自然资源的局限，或因 综合性能不足，其应用领域受到极大地限制。在这种情况下，复合材料的研制、 生产和应用越来越显示其重要的地位。作为复合材料的一种金属层状复合材 料，因其具有较高的强度、耐腐蚀性和良好的导电、导热、导磁等综合性能，在 航天、石油、机械、化工、汽车、造船、建筑、电力、电子、核能以及家用电器、 日常生活用品等领域得到了广泛地应用【l 】。 金属层状复合材料是由两层或两层以上不同性能的金属复合而成。通过对层 板组分的合理选择以及适当的加工工艺，可以获得满足不同需要的层状金属复合 材料【2 】 3 1 。通过采用不同的生产方式，复合板的复合层数已经从两层发展到多层不 等 4 1 。由于生产工艺的限制，我国的金属层状复合板年产量较低，产品价格偏高。 因此要将金属层状复合材料投入大规模、批量化、连续型生产还需要进一步地探 索和研究i ”。 金属层压复合板作为建筑材料和装饰材料，具有得天独厚的优势，用途最为 广泛的不锈钢，铝合金层状复合材料是具有代表性的产品之一。另一种用途广泛的 层状复合材料是包铜不锈钢板。市场供应的包铜不锈钢层压板是完全退火的，一 般是由1 0 厚度的铜包层和8 0 厚度的4 0 4 型不锈钢芯材组成，铜包层与芯材两 面形成冶金结合。与纯铜板相比，它的重量更轻、强度更大、刚性更好，而且价 格便宜l 1 5 1 6 j 。 不锈钢，铝( 合金) 多层复合材料作为一种新型的厨具材料，近年来备受关注。 这种材料结合了不锈钢表面光亮、易清洁和铝质量轻、导热系数高的特点，具有 优异的综合性能【_ n 。因为金属层压复合板的优良性能，在医疗器械、特种医疗包装、 体育器械、餐具、卫生洁具、家庭内装饰材料等方面也得到广泛地应用【“。 包铝铝合金层压板在飞机制造行业应用广泛。包铝铝合金层压板内层的铝合 金提供复合板所需要的机械性能，外层包层具有长期的防腐蚀性能。在船舶上， 包铝钢层状复合材料重量轻，铝提高了抗腐蚀性能并且减轻了重量，而钢则加强 船体并使之稳定。作为异种材料连接的过渡件不仅在船舶制造行业，而且在其他 机械、电力、核能等许多领域都作为特种金属间的连接过渡件使用。 日本、美国等发达国家利用不锈钢的强度和美观外表以及铝的防电腐蚀性能 重庆大学硕士学位论文 将不锈钢复铝板制作汽车、高速列车的装饰件、车身材料、热交换零件等【8 】。汽车 的钢铁件如果采用不锈钢铝( 合金) 多层复合材料，可以减轻汽车重量的1 5 ， 因此大量使用不锈钢铝多层复合材料，对于交通工具轻量化的发展，有着重大的 作用【9 l 。汽车散热器用多层铝合金复合材料( 复合带) 是这种新材料的另个卓有 成效的应用。汽车散热器是汽车内的换热元件，它包括水箱、冷凝器、蒸发器和 暖风机等，是汽车内的重要部件。汽车散热器需要用强度高、重量轻、耐腐蚀、 导热性能好和钎焊性能好的金属材料来制造【1 0 1 。与铜质散热器相比，铝质散热器 有重量轻、耐腐蚀、可靠性高、成本低和易回收等优点。因此，现在铝( 合金) 复合材料( 复合带) 作为车用换热材料己广泛地应用在汽车工业中。在欧洲、北 美和日本，铝质复合材料散热器的普及率现已达9 0 以上。另外，一些家用空调 器、制氧机的散热器和柴油机的冷却器，以及其他一些机械的散热器和冷却器也 使用了这种铝合金复合带儿】【1 2 1 。 金属层压复合材料在电子工业的应用。包铜铝丝用于导线是一个典型的应用， 它克服了纯铝丝的接触和蠕变问题，和全铜丝比起来可以大大地减少昂贵的铜的 用量。同样，铜铝材料的层状复合材料可以用于集成电路引线板及电器装饰板的 制造【1 3 】。 金属层压复合材料在军事领域的应用。双硬度装甲板是层压金属板性能强过 单一金属板的典型例证【1 4 1 。这种用途是把高硬度( 洛氏硬度h r c 6 0 ) 的钢板冶金 结合到一种韧性和延展性比较高的较软( 洛氏硬度h r c 5 0 ) 基体钢板上。 金属层压复合材料在造币领域可以大量地节省短缺的银，而且层压板所需要 的组分是很容易得到的，这种层压板材料也易于制造、成形和回收【1 5 1 。 金属层压板可以将相同或不同的金属迭压制成具有超过自身组分性能的复合 材料，通过对层板组分的适当选择，可以达到所需要性能，从而满足各种应用和 需求。使用金属层压板可以降低设备成本，改善材料性能，减少贵重金属用量。 这对于有限的自然资源和日益增长的需求显得尤为重要。随着我国加入w t o 世界 贸易组织和现代经济的迅猛发展，对我国材料工业也提出了更高的要求，科学技 术作为第一生产力，正在日新月异的开拓新技术、新材料、新工艺、新装备，以 促进中国民族工业的振兴和发展。新型多层金属复合板的研制与开发，无疑将成 为中国冶金新科技的代表作之一，必将引来一系列深刻的产业升级变革。新型金 属复合材料的应用，必将具有广阔的市场前景，也必将产生巨大的经济效益和社 会效益。 1 1 2 金属复合板材的加工方法 固一固相复合法 复合板的固固相复合法是将两层或多层已经成形的金属板料，在接触面经过 2 1 绪论 清理后，焊接成一体，或将板料叠加直接进行轧制，形成复合板的工艺方法。 1 ) 焊接成形法 根据焊接方式的不同，该类加工工艺包括：爆炸焊接、钎焊法、扩散焊接等。 在焊接成形以后，一般都需要进行压力加工过程，一般采用热轧法，最终获得大 幅面的复合板带【l 酗。但产量、生产率及成材率都比较低，产品质量稳定性差。 扩散焊接是把要复合的材料加热到一定温度以后再加压，靠原子扩散使其结 合的方法。其优点在于焊接接合处的显微组织与母材非常接近，不存在过热组织 的热影响区，焊接质量均匀。缺点是生产率低，而且对生产设备与厂房条件有较 高要求。 钎焊法是在两层材料间加入钎料，利用液态钎料湿润母材，填充间隙并与母 材发生相互扩散而实现连接。 2 ) 直接轧制复合法 轧制复合法是让两种表面洁净的金属相互接触，在轧机的压力作用下，通过 加热和塑性变形时原子间高度扩散作用实现冶金结合的复合方法。其结合强度通 常比原组合金属高【州。轧制复合法又分为热轧复合法和冷轧复合法。热轧复合法 是将覆盖材料和基体迭放，周边进行焊合，然后热轧使之复合。冷轧复合是通过 轧机的压力使金属复合，对轧机的要求高，适合于a c u 这样强度较低的情况。 目前轧制复合法主要是热轧复合法或者热轧与冷轧相结合的工艺。轧制复合 法的缺点是制造过程工序多，因此不宜生产小规格的复合板。 液一固相复合法 它是将一种材料( 液相) 采用不同的方式均匀浇注到另一种材料( 固相) 表面，通 过两种金属材料间的中间反应实现金属的结合，待液态金属凝固后形成复合材料， 然后再进行压力加工的工艺方法。 1 1 直接浇铸复合法 其工艺过程为：将两块钢板叠合，内层涂上剥离剂，四周焊合后放在盛有金 属液的铸模中，待液态金属凝固后进行初轧，最后将焊合的边部切掉，即得到两 块复合板。在适当温度及压力下可实现较高的复合强度。此方法工艺简单，成本 低，可用于批量生产。但由于复层金属与基体金属的熔点不同，结合部位容易产 生熔损，因此难以得到质量优良的复合钢板。 铸轧法是液相金属与固相金属在轧机上实现复合的方法【埽l 。它将铸造法与轧 制法结合起来，既有液相高温，又有轧制压力，能够实现较高的复合强度。铸轧 可实现连续生产、效率高、成本低。但此工艺方法还不成熟，有待于进一步完善。 2 ) 浸入法 浸入法的工艺特点为：将温度较低的母带浸入到熔化的覆层材料中，覆层材 重庆大学硕士学位论文 料在母带表面形成一凝固层。反向凝固工艺是让一定厚度的母带从反向凝固器内 的钢液中通过，在母带表面凝固形成新生相，并在新生相还处于半凝固状态时进 行轧制，得到表面平整、厚度均匀的热轧薄带 t g j 。该方法工艺简单，产品质量高， 利于环保，但是操作难度大。 热浸镀工艺是在森氏带钢氮化浸渍镀锌法基础上发展起来的。连续热浸镀工 艺包括4 个阶段 2 0 1 。其工艺过程控制比较复杂，需要对带钢表面进行清洗和预热 处理，而且需要氮气保护措施。 3 ) 喷射成形法( o s p r e y ) 喷射成形法是一种用专用设备把某种固体材料融化并加速喷射到基件表面 上，形成一特制薄层，经热处理后达到复合，是提高基件耐蚀、耐磨、耐高温等 性能的新兴材料技术。德国曼内斯曼曾进行了多层材料板材的工艺试验【2 “，其原 理如图1 1 所示。 图1 1 喷射成形复合板工艺 f i g 1 1t h et e c h n o l o g yo f r e a c t i o n - i n j e c t i o nm o u l d i n gc o m p o u n ds h e e t 1 坩埚2 喷嘴3 雾化室4 传动装置5 复合板6 废气 4 ) 半固态压力复合法 钢半固态铝熔体压力复合工艺，由于形成了铁铝化合物和铁铝固溶体交替构 成的新型结构。它破坏了复合界面处铁铝化合物的层状分布，避免了整个复合界 面的脆化，所以钢半固态铝熔体压力复合板的界面剪切强度明显高于钢铝固液相 复合板的界面剪切强度阎。 液液相复合法 1 ) 电磁连铸法 电磁连铸法是借助水平电磁场生产复合钢坯。在结晶器内直接实现两种材料 的复合，可以避免结合界面的氧化、夹渣等情况；界面结合强度更高，同时也无 须对基板表面进行活化处理；可灵活调整复合板的尺寸和复合层的厚度【2 3 1 。 4 1 绪论 2 ) 采用双结晶器的双金属复合材料连铸工艺 该工艺方法的基本原理【2 4 1 是通过连铸过程，在芯部金属形成凝固坯壳后再复 合外层金属。其原理如图1 2 所示。 图1 2 双结晶器连铸工艺原理 f i g 1 2t h et e c h n o l o g yo f h i - c r y s t a l l i z e rc o n t i n u o u sm e t a lc a s tp r o c e s s 1 芯部金属保温炉2 上结晶器3 气体保护 4 包覆金属保温炉5 下结晶器6 复合坯 采用双结晶器连续铸造法生产复合板，通过调整结晶器冷却强度和拉速、二 次冷却等技术措施，控制芯部铸坯与复合铸坯的凝固过程，可以实现内外层的良 好复合。因此，它的研究与开发具有良好的应用前景。但芯部坯的保护控制比较 困难，仍需做进一步的研究。 1 1 3 铝基钎焊箔材的发展与应用 金属基复合板材在2 0 世纪8 0 年代和9 0 年代得到迅速的发展，目前依然是材 料领域的研究热点之一。金属基复合板材具有耐高温、耐磨损、导电导热性能好、 不吸湿、不放气、尺寸稳定、不老化等特点在各种领域有着广泛的用途。现阶段 有铝基、镁基、钛基、铜基等多种材料，其中以铝基发展最快并且成为金属基复 合板材发展和研究的主流。这是因为铝基复合板材具有密度低、基体合金选择范 围广、可热处理性好，制备工艺灵活多样等优点，铝基复合板材具有很大的应用 市场2 5 捌。 铝基复合板材中的铝复合钎焊板更是由于具有优良的抗腐蚀性能，导电导热 性能被广泛应用于各种热交换器中，如汽车水箱散热器、汽车空调冷凝器、蒸发 器等。铝复合钎焊板带经常被用做来制作在高温下工作的部件，比如汽车上的铝 水箱。在汽车的发展方向中减轻自重以降低燃料消耗是一个主要的发展方向，是 重庆大学硕士学位论文 发展的必然历史【。 热交换器用复合铝带箔是一类高附加值产品。自2 0 世纪9 0 年代中期以来， 中国一直是这类厚箔的净进口国。预计到2 0 1 0 年，中国热交换器用复合铝带箔需 求量可达9 2 k t ，缺口很大。随着我国汽车工业的快速发展，汽车热交换复合铝带 箔显现出勃勃商机。据海关的统计资料，2 0 0 3 年中国出口复合铝箔的企业只有一 家，共出口8 1 8 t ，主要出口到东南亚地区。同年中国进口这种热交换复合铝箔约3 0 0 0 t 。由此可见，净进口约22 0 0 t ，主要从日本进口，占总进口量的7 0 左右。中 国自上世纪9 0 年代中期以来一直是这类铝箔的净进口国，看来这种情况可能还要 持续相当长一段时间。因此，发展复合热交换铝带箔具有广阔的市场前景【2 “。 预计到2 0 1 0 年中国汽车工业需要9 2 k t 复合板带箔。中国当前约有5 5 家生产 铝热交换器的企业，它们的总生产能力约l2 0 0 万件a 。据预测，2 0 1 0 年中国汽车 产量有可能达到l2 0 0 万辆，比2 0 0 3 年的4 4 9 6 5 万辆增加8 1 0 3 5 万辆，成为世界 第二大汽车生产国。如果汽车热交换系统复合铝带箔的用量达到7 3 k g 辆，则需求 总量为9 2 k t a 。日本2 0 0 0 年每辆汽车复合热交换板带箔的用量为7 2 2 k g 。中国应 该在“十一五”末达到此目标或更高一些。中国应成为复合铝板带箔净出口国。据笔 者匡算，中国2 0 0 6 年复合铝带的生产能力只有3 9 5 k t a 或稍低一些，2 0 0 8 年的生 产能力才能达到5 3 5 k t a ，而同年的需求量为5 8 8 k t ，2 0 1 0 年的需求量为9 2 k t ，缺 口大，如果有2 0 产量为净出口量，则缺口更大。汽车热交换复合铝带箔是一类 高附加值产品，中国有必要争当这类的净出口国。值得指出的是，如果在2 0 0 6 年 以后不新建或扩建复合铝带箔生产能力，则中国这类材料的净进口量将一年比一 年多，在2 0 0 8 2 0 1 2 年期间的年平均增长率可达1 5 0 以上 2 7 1 。 截至到2 0 0 3 年底，中国生产复合铝板带箔的企业有3 家：萨帕铝热传输( 上 海) 有限公司、东北轻合金有限责任公司、萨新铝业有限公司；正在建设的企业 有2 家：运城铝业( 昆山) 有限公司，三源铝业有限公司，可于2 0 0 5 年投产。它 们的厚箔材生产能力：2 0 0 3 年2 3 5 k t a ，2 0 0 5 年3 3 5 k t a ，2 0 0 6 年5 3 5 k t a ，2 0 1 0 年5 3 5 k t a 。2 0 0 3 年的产量1 4 7 k t 。东北轻合金有限责任公司可生产最大宽度1 5 0 0 m m 热轧复合厚板；萨帕铝热传输( 上海) 有限公司有l4 0 0 m m 的四辊不可逆 式万能冷轧机，可生产最大宽度l2 0 0 m m 、最薄厚度o 0 8 m m 的箔材；萨新铝业有 限公司有7 0 0 m m 的二辊热轧机及8 0 0 m m 的二辊冷轧机，产品的最大宽度 3 0 0 m m l 2 7 1 。 中国现在的萨帕铝热传输( 上海) 有限公司、运城铝业( 昆山) 有限公司、 三源铝业有限公司热轧机的总生产能力可达1 3 0 k t a ，为冷轧生产能力的扩建，创 造了很好的先决条件。 制造铝制热交换器的关键材料之一就是三层复合铝钎焊板。2 0 0 3 年，进口热 6 i 绪论 交换器用三层复合箔的价格平均为$ 33 0 8 t ，即进口复合箔的价格比出口箔的贵 2 3 7 【2 刀。可见国产复合铝箔的当务之急是提高产量与品质，替代进口产品，并进 而转变为复合铝箔净出口国。这是一个严峻的挑战，生产复合铝箔并不仅需要先 进的装备，还要有一流的管理，一流的技术与一批高素质的人才，还有强的研发 力量来支撑。 1 1 4 热轧钎焊箔材复合工艺及基本原理 热轧钎焊铝箔材的生产工序主要包括铸锭铣面、均匀化热处理、芯板热轧、 包覆板热轧、包覆作业、加热、热复合粗轧、热复合精轧、冷轧、精整至成品。 为确保热轧复合的质量，需先对基体合金和包覆层合金铸锭进行铣面，并确 保不存在深沟痕、铝屑、夹渣、表面裂纹和疏松等缺陷。其表面存在的残留油污、 灰尘和金属氧化膜等污物，在轧制复合前必须采用化学和物理方法清洗，以利于 轧制复合。进行的表面预处理工艺一般为：碱洗一室温水冲洗一中和洗一室温水 冲洗一热水冲洗一吹干。 均匀化热处理的目的是缓解铸造应力，改善铸造组织，减轻或消除成分偏析， 并降低变形抗力。根据所选取不同的合金牌号，基体铸锭的均匀化制度一般为 5 9 0 巧1 0 保温1 肛1 2h ；包覆层合金的均匀化制度一般为5 1 0 - - 5 3 0 保温1 2 1 4 h t 2 s l 。 根据最终产品尺寸和复合轧制变形规律，将处理过的芯板、包覆板铸锭轧制 到需要尺寸待用，注意此时板材的宽度应该稍大于成品尺寸，为确保材料包覆层 的均匀性，产品单边切边量必须大于8 0 m m 以上，例如：产品宽度为l2 0 0 r a m ，考 虑到工艺大生产过程中切边对中精确度，一般正常情况，选择基体及全包板宽度 为l4 0 0 m m 。考虑热轧初期包覆层的变形大于基体，在选择包覆板长度时应稍小 于基体长度【2 9 1 。此时板材表面仍应保持洁净，表面没有明显缺陷存在。 包覆作业先用易挥发的清洁航空汽油人工擦净基体料和包覆板，擦净后的表 面不再允许有油痕、乳液痕及其它污迹或异物，待汽油挥发干净后，再将包覆板 对称放置于基体料的上下表面，要求两边及两端均放置对称，然后打紧三根铁皮 带，防止包覆板错动( 热轧前剪开铁皮带) 。 将包覆后的复合板坯装炉加热，根据选择的不同合金的特性和对轧制复合的 影响，选择适合的加热温度，既降低变形抗力、增加待复合面金属原子的能量又 不至于增加大量的氧化表面，降低能源的消耗。为了确保基体和包覆板轧制变形 时各部位更趋均匀，要求铸锭出炉温差 f o o t因素a 高度显著 f b f o 0 1因素b 高度显著 f c f o o s因素c 不显著 而f b f ，故因素b 又比a 要显著。 以上分析结果表明：加工率、热轧温度对结合强度的影响是非常显著的，其 中加工率的影响最大，而初始包覆率对结合强度的影响非常小。显著因素的水平 应选取使结合强度高的水平，不显著因素的水平可结合实际选取，这样选的结果 是a ，b 3 c l 或a 3 8 3 c 2 或a 3 8 3 c 3 ，与前面极差分析得到的结论是一致的。 根据正交试验结果的直观分析和方差分析结果，可以认为：复合铝钎焊箔热 轧时的加工率是影响其结合强度的最主要因素，热轧温度也是一个主要因素，而 初始包覆率对结合强度影响甚微，在试验条件下选择的较佳工艺条件是：热轧温 度4 9 0 c 、加工率9 0 、初始包覆率1 3 ，这一工艺可以使以3 0 0 3 合金为芯材、 4 0 0 4 合金为覆材的双面复合钎焊板具有较好的结合强度。 2 3 铝基钎焊板热轧复合变形规律的研究 钎焊用铝合金复合箔包覆层厚度的均匀性，是衡量钎焊箔质量的重要指标， 包覆率的均匀性直接影响钎焊箔的钎焊性能和钎焊质量，国内外标准对钎料厚度 及包覆厚比都作了严格的规定。满足金属复合板( 箔) 包覆厚比要求的关键，是 要弄清楚铝合金复合箔在热轧及冷轧过程中包覆率的变形规律。 合金轧制过程可分为三个阶段，第一阶段为热轧时的前几个道次，该阶段的 变形特点是各组元尚未粘接，各自变形，组员界面间有相对滑动，此阶段称为自 由变形阶段。第二阶段各组元界面已有部分焊合，不再产生相对滑动，轧制变形 量达到了临界焊合变形量，该阶段称为半约束变形阶段，第三阶段是各组元焊合 后的轧制阶段，该阶段可视为一整体件的轧制，但由于各组元的变形抗力不同， 每组元的变形方式仍是不一样的，该阶段可称为约束变形阶段。 自由变形阶段，由于硬金属组元尚未发生完全塑性变形，而且此时单位面积 压力小，皮材和芯材不可能发生粘接，直到硬金属组元发生塑性变形后，轧件单 位面积上所受的压力足够大以使两组元焊合，轧制为半约束阶段，两组元发生金 属键的结合，此时的变形量我们把它称为临界焊合变形量。自由变形阶段各组元 的变形是自由的，相互之问只受摩擦力的作用，而无其他的约束牵制，所以此阶 段包覆率( 包覆层厚度占总厚度的百分比) 发生变化。随着轧制过程的进一步进 行，包覆层和基体开始出现秸接而进入半约束阶段，此时软金属的易变形和硬金 属的不易变形的特性因它们的相互粘接而受约束，即软金属的变形受到了硬金属 2 铝基钎焊板热轧复合 的附加压应力，而硬金属则受到软金属组元的附加拉应力，最终结果使复合轧制 的交形趋于一致。 2 3 1 热轧过程中包覆率变化规律的研究 铝合金钎焊复合板在4 9 0 c 热轧复合时的工艺制度表列于表2 6 ，从研究角度 上考虑，在热粗轧第1 、2 、3 、5 、9 、1 3 、1 7 、2 1 、2 3 道次及热精轧每个道次后 取样测定复合板包覆层厚度，测试结果列于表2 7 。 表2 6 铝合金钎焊板热轧工艺表 t a b l e2 6t h ep r o c e s ss p e c i f i c a t i o no f h o tr o l l i n go i la l u m i n u ma l l o yb r a z i n gs h e e t 重庆大学硕士学位论文 表2 7 热轧过程包覆层厚度及变形速度计算值 t a b t e 2 7t h ec l a d st h i c k n e s sa n dd e f o r m a t i o nv e l o c i t yd u r i n gt h eh o tr o l l i n gp r o c e s s 依据表2 7 可作出包覆率随总轧制加工率的变化曲线如图2 4 a 、b 所示。 01 0 3 0t 0s 0 l 町钉5 黼帮 5 热糟轧褒形率0 t ) b 图2 5 铝合金钎焊板热轧过程中包覆层厚比随总变形率的变化趋势 ( 4 9 0 1 2 轧制，原始包覆比1 3 ) a 热粗轧过程( 3 8 5 m m - - , 1 7 6 m m )b 热精轧过程( 1 7 6 m m - - , 5 2 r a m ) f i g 2 5t h et r e n dc u r v eo f c l a d st h i c k n e s sr a t i o 谢mt h et o t a ld e f o r m a t i o nr a t ed u r i n gh o tr o l l i n go nt h e a l u m i n u ma l l o yb r a z i n gs h e e t ( r o l l i n ga t4 9 0 ( 2 i n i t i a lc l a d d i n gr a t i o1 3 ) 2 8 2 1 0 q 8 f 6 g筮倒裹曰 3 2 l 0 9 8 t 5 s l 雹羞鲜曼置瑚 2 铝基钎焊扳热轧复合 由图2 5 a 可以看出，热粗轧时，在前两个道次里，包覆率下降较快，第五道 次后至热粗轧完，包覆率几乎呈直线下降，整个热粗轧过程中，包覆率与轧制总 轧制加工率之间大致呈直线下降的关系；在热精轧过程中，包覆率随精轧总轧制 加工率的增加而增加。根据试验数据可以推到出热轧阶段包覆率的回归方程。 2 - 3 2 包覆率回归方程的推导 热粗轧过程中包覆率与总轧制加工率之间的回归方程推导 根据表2 7 列出下表：( x ：总轧制加工率，；y ：包覆率，) = w 。一 篷毛憋乃) = 8 9 5 5 1 4 = # 一三佐t ) 2 = 1 2 5 7 9 3 5 7 b = s = = - 0 0 7 1 2 4 = 歹一旃= 1 2 4 5 8 多= 1 2 4 5 8 0 0 7 1 2 x 显著性检验： 1 ) 计算各种波动平方和及其自由度 重庆大学硕士学位论文 2 ) 方差分析 品= 卯一丢侄儿r = 6 4 5 5 8 s a = 6 2 = 6 3 7 7 0 s | = s t s 叵= 0 7 8 8 矗= 一1 = 9 店= 1 正= 以一2 = 8 显然：f f o o i ，故y 与x 之间有高度显著的回归直线关系 于是有热粗轧： 包覆率( ) = 1 2 4 5 8 0 0 7 1 2 x 总轧制加工率( ) 热精轧过程中包覆率与总轧制加工率之问的回归方程推导 根据表2 7 ，列出下表：( x ：精轧总轧制加工率，；y ：包覆率，) ，= h a y ) 曲= 圳一丢佐工 y 。) = 2 4 0 0 5 = # 一丢睚而) 2 _ 2 8 3 5 7 8 9 b = s is 。= 0 0 0 8 4 6 a = 歹一扳= 1 7 4 1 夕= 1 7 4 1 0 0 0 8 4 6 xj ，= a 叩( 1 7 4 1 0 0 0 8 4 6 x ) 2 铝基钎焊板热轧复合 列方差分析表 由于f o 0 5 f f o 0 l ，故l n y 与x 有显著的回归直线关系。于是有热精轧：包覆 率( ) = e x p 1 7 4 1 。0 0 0 8 4 6 x 精轧总轧制加工率( ) 】 综上所述，热粗轧过程中，铝合金钎焊板包覆率随轧制的进行而逐步下降， 而热精轧过程中，包覆率随轧制的进行而逐步升高。 2 3 3 复合板宽度方向包覆率均匀性研究 本研究试样的轧制工艺流程是：以5 0 m m 厚的两块4 0 0 4 合金铸块双面包覆 2 8 5 m m 厚的3 0 0 3 合金芯材，热轧温度为4 9 0 ，热粗轧至1 7 6 2 m m 后再在热精轧 机上精轧至5 2 m m 。 由于4 0 0 4 合金塑性较差，轧制过程中边部较易开裂，所以铝箔坯料卷在进入 下道工序前需经剪边处理，沿板带宽度方向包覆层厚度的均匀性问题也会影响剪 边量的确定。因此，测定钎焊板沿宽度方向包覆层厚度的变化情况十分重要，为 此，对热粗轧后及热精轧后的复合钎焊板沿宽度方向的包覆层厚度进行了测定。 测定时，将板材沿宽度方向平均分为7 等分，同时测定上、下包覆板的厚度，其 测定结果如表2 5 所示，取样位置见图2 6 。 图2 6 热轧复合板取样位置图( 沿宽度方向) f i g 2 6t h ep o s i t i o no f t h es p e c i m e no nt h eh o t - r o l l i n gs h e e t ( w i d t h w i s e ) 轧制方冉 重庆大学硕士学位论文 表2 54 9 0 c 热轧后包覆层厚度测定值 t a b l e 2 5 t h e m e a s u r i n gr e s u l t o f e l a d s t h c q l e s s o n t h e h o t - r o l l i n gs h e e t ( 4 9 0 c ) 根据表2 5 数据，可作出图2 7 来进行分析。 复合板宽度方向 a 复合援宽度方胄 b 图2 7 复合板包覆层厚度沿宽度方向的分布情况 确粗轧后( 1 7 6 2 r a m )精轧后( 5 2 r a m ) f i g 2 7t h ed i s t r i b u t eo f c l a d st h i c l m c s so n 龇c l a ds h e e t ( w i d t h w i s 。 a - - a r e a h o tr o u g hr o l l i n g ( 1 7 6 2 m m ) 卜1 f h h o t f i n i s hr o l l i n g ( 5 2 m m ) 由图2 7 可看出：复合钎焊板在热轧复合后其包覆层的厚度在板带宽度方向上 是不均匀的，不管是上包覆层还是下包覆层，它的不均匀分布都有一定的规律性， 即在距离板边处的包覆层厚度变化较大，而板材中间的包覆层厚度大致不变，包 覆层最厚的地方在靠近板材的边部地方，再往中间，包覆层厚度减小直至中间稳 定。热粗轧后及热精轧后其包覆层的厚度变化规律大体一致，说明其不均匀性有 一定的遗传性，因此，注意控制热轧初期包覆层厚度的均匀性是十分重要的。造 成这种不均匀性的主要原因是由于边部金属流动不均( 单位压力沿板带宽度上分 布不均匀) 以及热轧复合时滚边所致，因此轧制时要控制好辊型，严格按工艺进 行。 由图2 7 还可以看出一个明显的特征，即不管是热粗轧还是热精轧，复合板上 包覆层厚度大于下包覆板厚度，从理论上而言，只要热轧时上下两面包覆板坯的 营i品世邕嶂群明 2 铝基钎焊板热轧复合 厚度一致，在以后的轧制过程中两面包覆层厚度应该是一致的，而实际测量结果 却并不是这样，这主要有以下几方面的原因： 热轧焊合前上下两块包覆板变形程度不同。 由于上下两块包覆板轧制时受力及咬入条件不同，两块包覆板不可能同时焊 合，下包覆板受到的摩擦力( 增加了辊道的摩擦力) 要大于上包覆板受到的摩擦 力，加上大铸块* l n 时铸块自身的重量，下包覆板的变形要先于上包覆板，受到 的变形量也要大于上包覆板。 热轧初期上下两块包覆板的温度和冷却程度不同。 铸块在加热炉内上气流的温度不同于下气流的温度，轧制时上包覆板的冷却 要快于下面的包覆板，而变形抗力随温度的升高而降低，所以下面的包覆板易先 变形。 力的传递方式不同。国内热轧机组中，一般都是以下辊为主传动辊，而主 传动辊和被动辊的轴心不可能完全对中，存在一个力矩差，使下包覆板受到的变 形力大于上包覆板受到的变形力。 由实验结果知，要想得到两面包覆厚比基本一致的双面复合箔材，在选择热 轧复合包覆板坯厚度时，下包覆板坯厚度要稍大于上包覆板坯的厚度。 2 4 本章小结 本章主要是针对铝合金钎焊板热轧复合工艺及变形规律进行了探讨。可以得 到以下的结果： 热轧轧制因素对钎焊板复合强度的影响。利用正交试验方法，研究了轧制 温度、轧制加工率、初始包覆率对热轧钎焊板复合强度的影响，对试验数据经方 差分析，可知对复合强度影响较大的因素顺序为：轧制加工率、轧制温度、初始 包覆率； 热轧复合过程中包覆率的变化规律。经过对试验数据的分析，利用回归方 程的推导，可以得到在热粗轧阶段的包覆率变化规律为：包覆率( ) = 1 2 4 5 8 0 0 7 1 2 x 总轧制加工率( ) ；热精轧阶段为：包覆率( ) = e x p 1 7 4 1 0 0 0 8 4 6 x 精轧总变形量( ) 】。总体上讲，热粗轧过程中，铝合金钎焊板包覆率随轧制的进行 而逐步下降，而热精轧过程中，包覆率随轧制的进行而逐步升高； 复合钎焊板在热轧复合后其包覆层的厚度在板带宽度方向上是不均匀的， 在距离板边处的包覆层厚度变化较大，而板材中间的包覆层厚度大致不变，包覆 层最厚的地方在靠近板材的边部地方，再往中间，包覆层厚度减小直至中间稳定。 热粗轧后及热精轧后其包覆层的厚度变化规律大体一致，说明其不均匀性有一定 的遗传性。 3 铝合金钎焊箔材抗下垂性能研究 3 铝合金钎焊箔材抗下垂性能研究 对于铝合金钎焊箔材而言，其最终产品以箔材的形式交货。而在后续加工中， 钎焊箔材的抗下垂性能是至关重要的，可以说直接影响到产品是否合格。而目前 国内工厂生产的钎焊箔材的抗下垂性能是一个非常薄弱的环节，所以研究何种因 素、以及各相关因素是如何影响钎焊箔材抗下垂性能的是迫在眉睫的事情。若将 箔材的钎焊下垂量提高到传统认为的1 0n l l n 以下，或者下垂量更低的水平，将会 提高我国此种商品的质量，取代大量进口产品，并将直接影响其下游产品的生产 成本。是于国于民有利的进步。 本章以此为对象，进行重点研究。 3 1 成品轧制试验 3 1 1 试验设备 r ) i x j 3 0 0 两辊轧机组，主要参数如下： 最大轧制压力：4 2 t 最大轧制力矩：3 8 8k g m 轧制速度：0 2m s 箱式电阻加热炉，其主要技术参数为： 型号：t l l 0 6 9 额定功率：8 k w 额定电压：2 5 5 v - 5 3 0 v 额定温度：1 3 5 0 相数：3 接线方式：y 相关检测仪表 1 ) 数显游标卡尺，用来测量原料和复合板的厚度和宽度，以及下垂量； 2 ) 金相显微镜，对复合钎焊铝箔的结合界面及包覆层厚度进行观察； 3 ) 抗下垂实验装置：用来测量成品的抗下垂性能。 3 1 2 试验材料 热复合钎焊板：为铝合金4 0 0 4 3 0 0 3 4 0 0 4 三层复合结构；h = o 8 咖；其横截 面结构如图3 1 所示。 重庆大学硕士学位论文 图3 1 钎焊板横截面示意图 f i g 3 1 t h es c h e m a t i c d i a g r a m o f t h e c o n s t r u c t i o n o n b r a z i n gs h e e t 3 1 3 试验方法 先将0 8m n l 厚试样分别轧制到一定厚度，使其成品分别有1 0 、2 0 、3 0 、 4 0 的轧制加工率，成品轧制前进行软化退火，空冷至室温再进行成品轧制，成品 厚度为0 1 6 m m 。 表3 1 数据为试样厚度及加工率设定值与实际值。选定成品轧制前退火制度为 4 2 0 x 8 0 m i n 、4 2 0 x 6 0r a i n 、4 0 0 x 8 0 m i n 、4 0 0 x 6