（材料物理与化学专业论文）a108mn05fe合金铸轧板坯均匀化研究.pdf

摘耍 a 1 0 8 m n 0 5 f e 合金铸轧板坯均匀化研究 专业：材料物理与化学指导教师：蒋显全( 教授) 研究生：李纯迟 摘要 不粘锅用材要求深冲性能良好，表面无裂纹。本文针对新型小粘锅用村 1 0 8 m n 0 5 f e 系铝板铸轧坯料进行了均匀化处理系统研究。通过不同均匀化温度 下力学性能检测、余相微舢组织分析，研究了不刷均匀化温度和不同退火时问与 铸轧板坯的微舰组织、力学性能之自j 的变化规律，以及不同升温速度对临界变形 度及成品组织和性能的影响。主要结论如下： ( 1 ) 在均匀化过程中，台会的显微组织主要出现两个方面的变化：一方面，5 0 0 以f 均匀化，非平衡的过饱和吲溶体基体先析出平衡相，5 8 0 以上的均 匀化，这些平衡相又回溶剑固溶体基体中；另一方面，铸锭凝同时枝晶问 存在的粗大金属问化合物逐渐溶解球化，到5 4 0 5 8 0 时枝船基本消失， 高于5 8 0 均匀化晶粒显著粗化。 ( 2 ) 5 4 0 均匀化后，第= 相最细小弥散，晶粒为椭圆的等轴晶，最适宜的均匀 化工艺为5 4 0 保温4 小时。 ( 3 ) 均匀化温度为5 4 0 、5 8 0 时成品抗挣强度和延伸率几乎都在4 6 0 下出 现最低点其变化趋势像双v 字型，与一般的剪刀型曲线不一样，其变 化规律与一般铝合会退火过程中的变化规律不同。 ( 4 ) 经过5 4 0 。c 、5 8 0 均匀化处理后的两种样品，其抗掩强度和延伸率在成品 退火温度为4 6 0 时分别出现屉低点和相对最高点，满足a 1 0 8 m n 0 5 f e 作 为不粘锅深冲材料的综合性能。因此，在5 4 0 、5 8 0 的均匀化温度下退 火，可使成品材料获得有益的抗拉强度和延伸率。 ( 5 ) 当均匀化升温速度为2 06 c m i n 时，可使材料组织发生再结晶并得到低抗 拉强度和商延伸率的力学性能。在5 4 0 下均匀化，保温4 h 后的成品组织 都足沿着轧向呈拉长的纤维组织，保温8 h 后的成品组织随着冷变彤量的增 加而逐渐发生再结晶。因此，在相同的均匀化温度( 5 4 0 ) 和成品退火制度 第1 豆f ，燕4 8 负 曲南人学硕十牛付论交 下，均匀化时问越短，成品合会试样发，e 再结晶所需的临界变形度越大。 关键词：连铸连轧；均匀化：显微组织；晶内偏析：析出 第2 孵共4 8 页 a b s 丁r a c t s t u d yo nh o m o g e n i z a t i o no f a l 0 8 m n o 5 f es t o c ka l l o ys t r i p s b yc o n t i n u o u sc a s t - r o l l i n g m a j o r ：p h y s i c sa n dc h e m i s t r yo f m a t e r i a la d v i s o r ：p r o f x i a n q u a nj i a n g a u t h o r ：c h n n c h il i a b s t r a c t g o o d d e e p - d r a w i n gp r o p e r t ya n dn oc r a c k so nt h es u r f a c ei sr e q u i r e df o r n o n 。v i s c o u sp a nm a t e r i a l s t h eh o m o g e n i z a t i o na n n e a l i n go n a l 0 8 m n 0 5 f es t o c k a l l o ys t r i p sb yc o n t i n u o u sc a s t r o i l i n gf o rn e wn o n - v i s c o u sp a nm a t e r i a l sw e r e s y s t e m a t i c a l l ys t u d i e di nt h i sa r t i c l ec o m b i n i n gw i t hm e c h a n i c a lp r o p e r t yt e s t i n ga n d m i c r o s t r u e t u r ea n a l y s i sw h i c hw i t hd i f f e r e n th o m o g e n i z a t i o nt e m p e r a t u r e ，e f f e c to f h o m o g e n e o u s l ya n n e a l i n gt e m p e r a t u r ea n dt i m eo l lm i c m s t r u c t n r e ，h e a t i n g 一叩s p e e do n c r i t i c a ld e f o r m a t i o nv a l u ew e r es t u d i e d m a i nc o n c l u s i o na sf o l l o w s ： ( 1 ) t w oa s p e c t sc h a n g e si nm i c r o s t r u e t u r eo f a l l o yi nt h ec o o r s eo f h o m o g e n i z a t i o n a n n e a l i n g ：o nt h eo n eh a n d ，e q u i l i b r i u mp h a s ep r e c i p i t a t e df i r s t l yf r o mn o n e q u i l i b r i u m s u p e r s a t u r a t e ds o l i ds o l u t i o nw h e nh o m o g e n i z a t i o nt e m p e r a t u r ei sb e l o w5 0 0 。ct h e e q u i l i b r i u mp h a s e sr e s o l v ei n t ot h es o l u t i o nm a t r i x e sw h e nh o m o g e n i z e da b o v e5 8 0 o nt h eo t h e rh a n d t h el a r g ei n t e r m e t a l l i cc o m p o u n dw h i c hf o r m e dw h e nc a s ti n g o t s o l i d i f i c a t e dd i s s o l v e da n ds p h e r o i d i z e d d e n d r i t em i c r o s t r u c t u r ed i s a p p e a r e dw h e n t e m p e r a t u r ei sb e t w e e n5 4 0 c 5 8 0 。c ，a n dt h eg r a i n sw e r ec o a r s e n e dr e m a r k a b l yw h e n h o m o g e n i z a t i o nt e m p e r a t u r ea b o v e5 8 0 v ( 2 ) t h ef i n es e c o n dp h a s ew e r ed i s p e r s e da n dt h eg r a i n sw e r ee l l i p t i c a l e q u i a x e d g r a i n sa t t e rh o m o g e n i z a t i o nt r e a t m e n ta t5 4 0 c s ot h ea p p r o p r i a t e dh o m o g e n i z a t i o n t r e a t m e n tp r o c e s s i n gs h o u l dh ea t5 4 0 * ( 2f o r4 h ( 3 ) b o t ho ft h et e n s i l es t r e n g t ha n de l o n g a t i o no ff i n a lp r o d u c ta l m o s ta p p e a r e d l o w e r - m o s tp o i n tw h e nh o m o g e n i z a t i o nt e m p e r a t u r ea t5 4 0 c 、5 8 0 ( 2 t h ev a r y i n gr u l e l i k ev p a t t e r n ，a n dd i d n tl i k ec o n v e n t i o n a ls c i s s o r sc l n v e s ov a r y i n gr u l ew a sd i f f e r e n t f r o mc o n v e n t i o r a lc u r v e ( 4 ) t e n s i l es t r e n g t ho f f i n a lp r o d u c ta p p e a r e dl o w e r - m o s tp o i ta n d e l o n g a t i o n a p p e a r e dp e a kw h e nt r e a t m e n tt e m p e r a t u r ea t4 6 0 w h i c ht h eh o m o g e n i z a t i o n 第3 负，共4 8 血 指南大学碗 学何论文 t e m p e r a t u r ea t5 4 0 ca n d5 8 0 6 ca n di tm e e tr e q u i r e m e n to f d e e p d r a w i n gm a t e r i a la s t h en o n - v i s c o u sp a ns of i n a lp r o d u c tm a yo b l a i n e dt h eb e s tt e n s i l es t r e n g t ha n d e l o n g a t i o nw h e na n n e a l e da t4 6 06 c o r5 8 0 c ( 5 ) t h ep r o d u c to c c u r r e dr e e r y s m l l i z a t i o na n dt h em e c h a n i c a lp r o p e r t ya p p e a r e d l o w e rt e n s i l em e n g t ha n dh i g he l o n g a t i o n t h es t r u c t u r ew a sf i b r o u sg r a i na l o n gr o l l d i r e c t i o nw h e nh o m o g e n i z a t i o na t5 4 0 f o r4 h a n di to c c u r r e dr e c r y s t a l l i z a t i o nw h e n f o r8 h s o ，t h eh o m o g e n i z a t i o nt i m el i a e lc r i t i c a ld e f o r m a t i o no f t h ep r o d u c tl a r g e r ， w h e nh o m o g e n i z a t i o na ts a m et e m p e r a t u r e ( 5 4 0 c ) a n ds a m ea n n e a l i n gt e c h n o l o g y k e y w o r d s ：c o n t i n u o u s c a s t i n g a n d r o i l i n g ；h o m o g e n i z i n g ；m i c r o s t r u c t u r e ； m i c r o s e g r e g a t i o n ；p r e e i p h a t i o n 第一章绪论 a 1 0 8 m n 0 5 f e 合金铸轧板坯均匀化研究 学科专业：材料物理与化学 研究生： 1 1 不粘锅及其用材概述 1 1 1 不粘锅及其发展现状 指导教师：蒋显全( 教授) 李纯迟 第一章绪论 不粘锅是会属材料成型后，内表厕涂敷以聚四氟乙烯及其他氟聚合物为主要 成分的不粘涂层，然后经高温烧结的一种炊具。传统铁锅的锅体重、不易清沈， 易生锈、易冒烟、热分布不好，铝合会不粘锅避免了以上传统锅的所有缺点，它 热分布优良，传热效果是不锈铡锅的1 6 倍，且锅体轻、易清沈，节油。由于铝合 金不粘锅具有良好的不粘性能、易清洁、耐腐蚀等特点，已被越柬越多的消费占 认同在西方发达国家，不粘锅更是酱遍使用。 目i j i r ，我国有不枯锅生产企业1 5 0 余家，年产不粘锅超过1 亿件。占世界总壁 的6 0 以上，其中耗用铝扳约8 万吨。生产企业主要分布在浙江、广东、上海、辽 宁、江苏等地。其中知名的有浙江苏泊尔炊具股份有限公司、浙江台州爱仕达电 器有限公司等企业。我国生产的不粘锅产品王要销往美国、f - i 本、加拿大、俄罗 斯、澳大利亚、沙特阿拉伯和南作等国。 1 1 2 不粘锅用铝材对性能和组织的要求 传统不粘锅用铝材般采用退火忐3 0 0 3 或l f 2 1 合会它属于a i m n 系合会， 具有耐蚀性良好，深冲性能优良成形性好等特点，被广泛用作小粘锅等厨具、 食物及化工产品处理与贮存装置、沈农机筒等深冲材料、运输液体产品的槽罐、 以薄板加工的各种压力容器与管道、热交换器、铆钉、焊丝、洗衣机缸体等。a 1 一m n 系合会届丁热处理不可强化的铝合会，因此，最终性能一般通过两种方式束获得： 一种是先通过大于7 5 的冷变形后再经过不同程度的退火来获得所需要的性能； 另一种是先再结晶退火，再通过不同冷变形阜来控制最终性能。 不粘锅用铝材既要求良好的深冲性能，各向同性好，又要求具有良好的强度 第5 虹，共4 8 虹 阿南人学硕十学竹论文 和刚度还要求厚度均匀、刚板羊小、板彤尤较大波浪、无锻折、表面无印痕、 擦划伤、缺陷，更重要的足内部组织要求很商。 1 ) 冶金质量要求：要求板坯表面无央渣、裂边、裂纹、气道、横向振纹、冷 隔、压漏等缺陷。 2 ) 力学性能要求：要求成品有良好的强度，抗托强度要达到1 0 0 1 5 0m p a 。 2 ) 深冲性能要求；由f 需对板材做深冲处理，要求材料延伸率不低于3 0 。 3 ) 内部组织和第二相要求：要求获得细小均匀的等轴晶组织，第_ _ _ 二相细小弥 散分布。 4 ) 其它要求：良好的成形加工特性、高耐腐蚀性、良好的焊接性和导热性、 导电性。 1 2 不粘锅用材的合金成分及生产工艺 1 2 1 不粘锅用材的成分设计分析 图1 1 i8 n 二元相图 化学成分义是决定材料各项性能的关键因素，因此只有确定好各元素的含黾 及相吒配合关系，一。能获得较理想的性能及经济效益。 m n ：作为 要合金化元素，m n 有。定的难溶强化作用，与a l 形成金属侧化合 物m n a l 6 。刚i i , t m n 具有定的弥散强化作用，随着m n 含量的增加，合会强度随之 提高”1 ，m n 含嚣在1 1 6 范围内时，不但合会的强度高，而且有良好的龌性和 t 艺能。它还q t 以提高合会的力学性能而又不会使合会的抗腐蚀性f 降“。由图 1 1 的a l m n - - - 元相图町以看出，液相线和固相线的垂直距离很小，由水平距离却 很大，即在结晶过程中同相干u 液相的成分差别大，斟而易产q 三晶内偏析，使扳材 第6 虹，批4 8 豇 第一鼋绪论 退火后出现柑大晶粒，深冲时产生裂纹和粗糙表面。 f e ：它可与a l 形成f e a h ，它还会降低m n 在a i 中的同溶度，由于锰极易产，士- 晶 内偏析，而f e 能溶a m n a l 6 中形成( f e m n ) a 1 6 ，所以就会减小镒的偏析。但( f e m n ) a 1 6 过多时，会降低合会的力学性能。f e 在铝合会中一般作为杂质控制，但在一定范 围内，f e 并非是有害杂质，相反它能促进品粒细化和改善组织均匀性，从而提高 材料的强度核塑性。这是因为当合会被轧制后，f e 以相当弥散的状态存在，使原 始组织中f e 化合物的有害作用削弱，而f e 化合物对再结晶晶粒的细化产生的有益 作用显得更为重要。随着f e 含量增加，其余属问化合物过剩相粒子也随着增加， 不论足过剩相粒子的平均尺寸，还是它们的体积分数都随之增加，细小弥散的f e 相不仪起弥敝强化作用，而且是再结晶时的附加晶核，还能阻止晶粒长大，从而 使合金获得细小均匀的晶粒组织，提高材料的综合性能。另外f e 与m n 之自j 还 存在溶质变付作用行为，m n 可以改变f e 组份具有的针状和片状组织，从而降低脆 断效应，提高材料的喧性”1 。 m g ：镁能提高合会的强度，细化再结晶组织，但会降低退火成品的表面光洋。 c u ：铜会降低合会的抗蚀性，但其含旨庄0 0 5 0 2 之间能变点蚀为均匀腐蚀， 因而是有益的。 s i ：会加速m n 的析出速度，使合余组彭5 均匀化，f e s i 2 3 的铝板具有较好 的冲制性能。硅会增大合会的热裂倾向，并可形成a i ( f e m n ) s i 化合物，减小铁的有 利影响。因此，应严格控制其含量。 z n ：根据生产经验，z n 会降低合会的抗蚀性，应严格控制，但它却町提离合 会的再结晶温度。 这些细小颗粒的尺寸、分布对再结晶过程有很大的影响，必须选择合适的均 匀化工艺控制析出帽的尺寸和分布，从而有效控制板材再结晶后合会的晶粒度。 本实验根据浙江爿泰铝业有限公司实际工业生产，通过反复化学成分试验分 析发现，其它元素含景不变，当m n 含鞋较高时，易出现粗大硬脆的( f e m n ) a 1 6 相， 当含量为0 8 时，其塑性最好，有利于提高深冲性能；铁的加入町生成( f e m n ) a 1 6 减小偏析但是当其它元素含量不变，铁含量增加达0 7 时会降低合会的韧t 牛。 闲此本义选取0 8 m n 作为不粘锅深冲材料的合会元素，以较少m n 的偏析，选取 o5 f e 方面降l 氐m n 的偏析男一方面也不会使合余的力学性能和成品率降低太 多a i o ，8 m n o 5 f e 台金具体成分如麦i l 所示“1 。 表卜 i 嘲n 合金的化学成分( 质量分数) 台金c u m g m nf e s i l z n a l a 1 0 8 m n 05 f e0 0 2 00 500 2 - - 00 50 8050 0 5 0 3 1 0 0 ib 甜 第7 艇，共4 8 虹 婀南夫学硕 乍忙论文 1 2 1 不粘锅用材生产工艺 为满足不粘锅性能组织要求，传统铝板都是采用热轧法生产。热轧丌坯的方 式，大体e 由以下几个工序”1 ： 1 熔铸 加料：先在炉底均匀地铺上一层边角料，冉加铝锭，每炉加乍吕锭1 i 少f2 0 ， 点火燃烧，待形成铝液后搅拌1 0 m i n ，然后继续加热，到铝液温度为7 3 0 7 5 0 时加入锚铁会属添加剂，静置1 5 m i n 搅拌1 0 m i n ，然后进行二次加料。二次加料 先加小舰格边角料，使其在铝液中迅速烫化，减少烧损。精炼：铝液全部熔化后 停火丌炉门，将炉内表面钳渣扒除干净搅拌均匀，测硅温度，当温度为7 1 0 7 2 0 时加入钛硼细化剂并开始精炼。精炼时使用氮气将精炼剂经精练管喷入铝液内 部，精炼管在铝液底部和中部及四周均匀移动，确保液面溅起岛度不超过1 8 c m 。 精炼后扒渣干净，撤入覆盖刺静置1 5 m i n 后丌始浇铸。浇铸：先将铁模清理f 净 顾热浇包，当铝液温度合适时f 始放水浇铸，铁模腔口部倾斜1 5 4 5 。，用刮刀将 浇包表面的浮渣副去后将铝水倒入铁模内。冷却水水温为4 0 6 0 c 。 2 热轧；铸锭出模温度为4 8 0 5 0 0 ，出模后立即热轧。热轧轧辊表明要光 洁，防止粘铝，乳液温度为5 0 6 0 c ，乳液浓度为5 7 ，热终轧厚度为1 0 1 2 m m 。 3 冷轧：冷c l c l 制油使用埃索n 3 5 或n 3 l 加添加荆。冷轧辊硬度为h s 9 0 9 8 ，光洁度为r a 0 2 8 0 3 5 p m ，将剪切后的铝板横轧或者l l 厦$ l 至成品厚度。 4 退火：将冲裁的合格圆片装入退火炉中进行成舳退火，装炉时考虑热量循 环良好，各个部位圆片退火后软硬性能均匀，退火后性能在h b 2 4 2 7 。 热轧生产能力大，生产的铝合会品种范围广，适应所有铝板带箔消费领域”1 ： 热轧过程的大变形量加丁和动态再结晶过程的反复发生有利于提商铝板的综合力 学性能，特别是深冲性能。但足热轧工艺复杂、其牛产流程周期长、成材牢低、 成本商等缺点又是不枯锅生产厂家难以接受的”。”1 。生产同样的铊l 板，热轧工艺 比铸轧r 艺的生产成本要高出1 5 0 0 - 2 0 0 0 元吨。 铸轧工艺足直接将金属熔体轧制成半成品带坯或成品带材的工艺，其特点足 结品器为曲个带水冷系统的旋转铸轧辊，铝熔体在其辊缝删完成凝l 占l 平u 受剑热轧 两个过程，i uh 足在很短的区间( 铸轧区) 与很短的时问内( 2 3 s ) 完成的。1 9 5 1 年美嘲辛特道格拉斯( h u n t e r - d o u g l a s ) 公a 设计制造成功伞球占台- k q k q 三产用双 辊式铝带坯连续铸轧机，使这种技术进入工业化牛产阶段；1 9 8 1 年中刚冶会r 邗锚 加r 试验厂即现在的华北铝业有限公刮的前身制成0 6 5 0 t o n i x l 6 0 0 m m 烈辊倾斜式 铸轧机，并投入试，- 产。 第8 贝，共4 8 “ 第一牵绪论 供冷轧用的铝带坯的生产工艺有两种：双辊式连续铸轧法，但也有l 台4 辊式 的戴维( d a v y ) 公司设计制造的薄带坯高速连续铸轧机；铸锭热轧法，又呵进一步分 为连铸连轧法与铸锭加热后再热轧法，i j 一种锭坯的轧制温度一般都在4 8 0 5 2 5 ，锭坯厚度为2 0 m m 左右，不铣面不进行表面处理，后一种轧制法的锭坯 加热温度大部在4 6 0 c 以上，轧制终了温度通常不低于2 8 0 。c ，锭坯厚度为】5 0 ，- 6 5 0 m m ，加热f i 委经过铣面与诸如酸碱沈之类的表听处理。 经过5 0 年的发展，传统的双辊式铸轧机段其生产技术如普基铝业工程公司 ( p e c h i n e y a l u m i n i u m e n g i n e e r i n g ) 的j u m b o3 c 铸轧机英国戴维公司的铸轧机，法 塔亨特( f a t a h u n t e r ) x 程公司的亨特式铸轧机等，无论存铸轧机本身结构的改进方 面，还是在操作性能的改善与自动程度的提高方面均取得了很大的成就，既提高 了生产率、改善了劳动条件，又提高了产品质量。 中国铝带坯连续铸轧技术的研究丌发工作是从2 0 世纪6 0 f 代初在东北轻合会 有限责任公司丌始的，经过4 0 来年的工作取得了很大进展，洛阳有色金属加工设 计研究院，中开合资涿神有色会属加工专用设备有限公司、洛铜集团冶金设备厂、 洛阳正阳机械设备有限公司等在，i 发、设计、制造方而做了许多卓育成效的工作。 至u 2 0 0 0 年底，中国拥有的铝带坯连续铸轧生产线近9 0 条，总生产能力约7 1 7 5 k f f a ，占向冷轧供坯总生产能力2 3 0 0k t a 的3 0 ，比世界平均铸轧机供坯能力所占 份额1 7 高1 3 个百分点”。 东北轻台金加工厂在上个世纪九十年代末从国外引进了先进的不粘锅连铸连 轧生产线，已大量尘产各种规格的产品。币粘锚用铝板的化学成分要求严格，他 们在3 0 0 3 合金基础上对m g 含量严加控制，因此，将不粘锅用钒材命名为3 0 0 3 4 合金1 。 其生产工序大体上有这么几点。 ( 1 ) 配料：选择m g 含量小于0 0 1 的原铝锭作原材料。考虑到该合会m n 含量 较高，a i - m n 中间合会中m g 含量会带来影响，因此选用m n 添加剂，而不用a i m n 中间合会。 ( 2 ) 熔炼：为保证m g o 0 1 ，生产该合会之自口必须生产1 0 熔次以上纯铝料， 最后一个熔次必须时l 2 品味，而且i d l g o 0 1 。为使c u 、f e 、币等元素允分溶解， 提高成分的均匀性，熔炼温度控制在7 0 0 7 6 0 。c ，加m n 刺时熔体温度要达到 7 3 0 。c 以上，且采用人工分散加入，充分搅拌。 ( 3 ) 熔体净化及铸造：在出炉f i b , f n 静置炉中斗采用n 2 - - c 1 2 混合气体精炼5 1 0 m i n ，在静胃炉中精炼后用s q h 1 测氢仪测定氢含量，要求氧含量小于 0 1 5 m l 1 0 0 9 a l 。 ( 4 ) 均匀化处理：m n 元素的偏析使板材在退火后出现柑人品粒，凡是能降低品 第9 负共4 81 ；f 阿南人学硕卜学忙论文 内偏析的冈索斗町以防止不均匀粗大组织的产生，如铸锭高温均匀化处理，适当 提高f e 含爱，加入少垦币等斗能抑制晶内偏析。 1 2 3 热耗工艺与铸轧工艺比较分析 热轧工艺路线铸轧工艺路线 l 半连续壁虫板键0 连铸连 豆o m 板带l tt l 铸锭 a 匀化ll 铸轧板 均匀化 i 铸锭加热l 掣崮 i 一次奎轧l l 中乜嚣火l1 r j 一二心轧il 冷轧选塾扳带 图1 - 2 热轧、铸轧工艺示意图 热轧、铸轧t 艺流程如矧1 2 所示，很明鼹，铸轧工艺至少比热轧要少6 道工序， 为我们提供了从液态会麒直接t 产出适用于冷轧的薄板坯捷径，使生产工艺大大 简化，节省了很大的能源消耗，成本显著降低，从而使其产品更具竞争力“。美 围h u n l e r 工程公司对铸轧法进行的能耗分析表明，h u n t e r 铸轧法比热轧法呵节能 4 86 ，其初始投资仅为热轧法的1 0 1 5 ，年吨钒利产能投资仅为热轧法的4 0 4 6 “。由前向的分析可见铸轧工艺一次性投资少，不铣面、不加热，町 n 接供现代化冷轧机加t - 铝板带箔产品，不但可以减少l ：序、提高，卜产效率、节 约成奉，还u f 缩短生产周期、加快供货速度。 1 2 4a 1 0 8 m n 0 5 f e 合金工业生产中存在的问题 本文采用铸轧工兰，经过多次反复试制，丌发出了不枯锅用孥用新璎铝合盒 弟1 0 撕共4 8 虹 第一章绪论 a 1 0 8 m n 0 5 f e 板材，经用户使用，具有较好的深冲性能，基本能满足斋耍。 但在长期的工业铸轧生产过程中，发现铸轧板坯的深冲性能不稳定，而且表 面容易出现橘皮裂纹。 实际生产中造成深冲开裂的原因比较多：一方面，与材质奉身有关，如合金 元素、第二相形态结构、变形条件( 温度和速度) 、坯料冶金质量、热处理制度、 再结晶织构等都将对深冲性能产生明显的影响：另一方面，与用户的生产制作 工艺，模具之间的公筹配合以及润滑效果等也有密切关系。在其它条件已定的情 况下，坯料热处理将刈材料的性能起着相当重要的作用。具备良好深冲性能的产 品在加工过程中才能较好地避免开裂，从而提高用户的生产效率核成品牢”。 至于晶粒粗大，其原囡町能足m n 元素造成的。 因此，必须弄清楚深冲作能不稳定和出现橘皮裂纹的确切原因及机理并找 到鹿对办法，为工业生产提供卣接而有效的措施。 1 2 5a 1 0 8 m n 0 5 f e 合金均匀化处理及其重要性 在铸轧铝板时，板带连续不断快速冷却结品，这是一种非半衡结晶过程。因 此a i o8 m n 0 5 f e 合会在铸轧过程中容易在晶内凼过饱和到溶形成m n 、f e 成分偏 析、区域偏析和粗大a i m n 或a i f e 系余属问化合物”0 ”1 ，以及过饱和应力等。m n 与锅基体作用形成的m n a l 。，在晶内和晶界小均匀析出，形成针状、棒状和鱼骨 状第二相组织，导致铸轧板带中的m n 含量发生严重的偏析，这种组织在深冲时容 易产生橘j 支和裂纹。晶内形成的这n ! 化合物属晶格常数较大的正交晶系或斜方晶 系，一股都瞿针状、棒状、枝晶状等形貌，棱角等部位比较尖锐“，在后续冷 轧和热处理中难以政变这种形貌，而且会遗传到虽终成品“，在后续冷轧和热处 理中难以改变这种形貌，从而破坏a 1 0 8 m n 0 5 f e 合会的综合力学性能。 实际上，铝板带在铸造过程中，虽然也a r 以通过在锚液中添加微鞋晶牲细化 女0 j ( a i t i b 1 达到细化铸锭晶粒的口的，但铸锭的结晶组织还是不均匀。这足因为钒 液的凝同是从结晶器的内壁开始，垂直于冷却面的方向向锚液内部扩展，所以铸 造组织具有明显的方向性；随着铝凝固层的增厚，传热系数减小，内外晶核的形 成和长大的不一致导致晶粒的形状、位向和人小也随之变化；凝围时金属成分造 戊的偏析现象，晶拉四周和晶内锰浓度的芹异扩大了再结晶温度区日】，降低生核 率，从而容易产生半h 晶；在铸造时，内部还会产生不同丰u 度的缩孔和疏松组织。 因此，为了消除m n 的偏析，使铸轧坯料品粒和枝品内的溶质分布均匀，同时 减少坯料组织中崮溶体溶质的含量，改变晶界或枝晶界上的余属问化合物的形j 奁， 变成球状耥子，改薛产品的性能，进行均匀化处理显得狠重要。均匀化处理依据 曲南人导百史十学付论文 的原理足原f 扩散运动，温度小同原子扩散速度不同，其扩散驱动力也不同。合 会成分4 i l 司，均匀化温度和保温时日j 会有很大的区别因此有必要对a 1 0 8 m n 0 5 f e 铸轧板坯在均匀化酊后第二相的丰厅 和蚓溶情况以及第二相形貌、大小和分布、 品粒大小和形貌等变化规律进行研究和探讨。一般在热加工之i j 在铝台会同相线 下的温度5 7 0 - - - 6 2 0 c 进行均匀化处理，使m n a l 6 相均匀析出，减小或消除晶内偏 析，以达到均匀化组织之目的。 综上所述，与成品热处理相比，对铸轧坯料进行均匀化消除上述缺陷显得吏 重要，更关键。 传统的均匀化工艺主要考虑非平衡相的溶解和晶内偏析的消除，由于温度升 岛使扩敞过程大大加速，所以要加速均匀化过程，必须尽呵能提商均匀化处理温 度。而均匀化处理时间则依据相应温度下非平衡相溶解及晶内偏析消除所需的时 f b j 束确定，通常情况下按1 e 平衡j 日完全溶解的时间来估计均匀化完成时问。 由于铸锭组织的遗传性以及各变形加工热处理工艺间的相关性，均匀化制度 的确定不仪受考虑均匀化过程中的组织变化，还要综合考虑挫个加l ：和热处理【 艺之问的匹配“。 1 3 本论文的研究意义及内容 1 l 研究意义 目前，我固有不粘锅e 产企业1 5 0 余家，年产不粘锅超过l 亿件，占世界总 量的6 0 咀上，其中耗用铝板约8 万吨。生产企业主要分布在浙江、广东、上海、 辽宁、江苏等地。其中浙江苏泊尔炊具股份有限公司年产基5 6 0 万口，浙江台州 爱仕达电器有限公司年产量1 2 0 0 万口，佛山市南海新南炊具有限公司年产量6 0 0 万口佛山市南海鹤蜂电化厂有限公司年产量5 0 0 万口，广东家能现代厨具自限 公司年产= 量4 0 0 万订。我困的不粘锅产品辛要销往荚图、f l 本、加拿大、饿罗斯、 澳大剧q e 、沙特阿拉伯和r a - i f 等固。 铸轧法生产不粘锅用深冲用铝板一直以柬是 】i 绕人们的难题，不粘锅用 a 1 0 8 m n 0 5 f e 合会的生产技术难度在于保i ：i f 品粒不粗大时，可能会降低深冲性能， 造成深冲过程中产生裂纹，二者足矛后的统一体，比较难于兼顾。目前酗内外关 于采用铸轧工艺生产小枯锅用a 1 0 ，8 m n 0 5 f e 深冲铝板的研究报道较少。 如能通过研究解决不j | i i i 片j 钒板的深冲性能问题，并将此结粜应用于t 业化乍 产，不仪叮以推动不枯锅产业的技术进步，而且也町以推动铸轧铝板带j j u 技术 的进步。对推动经个铝j u 工产业进步和提高社会经济效益，具有非常毛要的科学 第1 2 负，共4 8 更 第一章绪论 意义和现实意义。 1 3 2 研究内容 本文以新型a 1 0 8 m n 0 5 f e 合会铸轧板坯为研究对象，重点研究均匀化热处理 和该板坯的组织，力学性能之自j 的变化规律，为不粘锅用材的生产提供理论依据。 研究的内容主要有下面两点： 1 研究不同的均匀化温度对铸轧板坯的晶枕、第二帕大小、彤貌核分布的影 响。 2 研究不同均匀化温度、均匀化时删等均匀化工艺参数对成品的组织和性能 的影响。 1 4 本章小结 本章主要介绍了小粘锅用材铝锰合金的特点、生产工艺及铝锰合会热处理工 艺，最后介绍了本研究的意义及研究内容。 第1 3 贝，共4 8 虹 第章材料制备j 实验方法 第二章材料制备与实验方法 2 1 实验材料的制备 为了达到研究目的，本实验用的铸轧板坏采用工q k 化生产来制备，其流程大 致为：配料( 成分如表1 1 所示) 一熔炼( 7 3 0 8 0 0 。c ) 一精炼一铝水流槽在线过 滤和晶粒细化处理一铸轧( 铸轧厚度6 5 7 5 m m ，铸轧温度6 8 0 7 2 0 ) 。其中 试样的化学成分用国产m a t o l s c a n2 5 0 0 i i 型直读光谱仪分析；铸轧板坯规格为 7 0 x 5 5 0 卷l l l m 。通过分析合会的组织与件能，研究不阳均匀化温度对合会组织 与性能的影响，具体实验流程如图2 1 所示： 围2 - l 实验流程示意图 第1 5 豇，共艟虹 堕坠型些筌竺圣：= = = = 一 2 2 实验方法 、差瞀荸黧罐暑篓器篇篇冀中3 4 鬈等 n 玑龇慧墓i 煞霍鼍搿嚣：蒜：銎篡分析爱上蒜蔷 a|0$mu0sfe能翩懈雅n兰篇淼嚣襄差篇。嵩釜薹nin ,015cmin 5 0 。c r a i n 0 。c m i u 三个小刚刀热堤7 爷嵫1 u 3 l7 邶。o 删l 汕 不同加热速率条件下的d s c 曲线圈，表2 - l 是其分析结果。 璐c ( u v 。g ) ( b ) 加热速率5 c m i “ 第审材聿 制器0 实验方法 ( c ) 加热速率1 5 m i n 圈2 - 2 合金的d s c 分析 从图2 - 2 和表2 1 可见，均匀化处理过程中不同的加热速率，铸轧板坯的丌始 熔化温度和熔化终了温度不相同，加热速度越快，开始熔化温度、大坯黾熔化点 和熔化终了温度都高于加热升温速度较慢的试样。仔细观察发现：升温速度对舌u 始熔化温度影响较小，对大批量熔化点和熔化终了温度影响较大，说明升温速度 主要影响熔化过程的温度区叫。不同升温速度的仞始熔化温度波动1 5 ，大批量 熔化点波动5 - 8 ：熔化终了温度波动1 0 】。在实际生产中，铝扳带材用均匀化 炉的装炉量一般在5 2 0 吨，加热升温速度一般在10 2 5 r a i n 之日j ，本实验中 升温速度1 5 c r a i n 与工业生产实际相近，在浚升温速度下其开始熔化温度为 6 4 7 i 。因此，在确定均匀化处理温度时，一定要低于6 4 7 t ，但考虑到在实际 控制过程中温度的波动性，所以最高均匀化湍度麻比6 4 7 1 低2 5 3 0 c 。 表2 1 合金d s c 分析结果 h e a t i n g e a r l ym e l t i n g m a s sm e l t i n g c o m p l e t em e l t i n g r a t e m i n o p o i n t 6 cp o i n t * c p o i n t 。c 1 56 4 7 1 6 5 6 4 6 5 8 1 5 6 4 7 76 5 90 6 6 2 2 1 0 6 4 8 66 6 22 6 6 8 2 另外，由台会的d s c 分析结果也町看出加热速率从低到高，在不太大的波 动范凼内，台会表现出一致的熔解行为。合金扔始熔化温度随加热速宰变化的曲 线经回归处理后，曲线交于y 轴的点是该台会比较准确的初始熔化温度点，如图 2 3 所示。从图中可看出该合金初始熔化温度约为6 4 68 。 鹅1 7 虹冀4 8 贞 州南人学硕卜学付论文 h e a t i n gr a t e c m i n 一1 图2 - 3 韧始熔化温度随加热速率变化曲线 工业生产中均匀化温度一般低丁非平衡同相线或合金中低熔点共晶温度5 4 0 c ”。根据设备的实际情况，确定该台会的均匀化处理最高温度应低于6 0 0 。c 。 2 2 2 均匀化实验方案设计 均匀化处理实验在s x 2 1 0 1 3 型箱式电阻炉中进行，由d s c 结果术制定均匀 化处理研究方案。 首先，研究不同均匀化温度对a 1 08 m n 0 5 f e 合金铸轧板坯组织的影响分别 对样品进行了4 6 0 、5 0 0 、5 4 0 、5 8 0 四个不同温度的均匀化实验，保温时 问均为4 h 。由于窄冷和炉冷i 嚣种方式下物相种类并不发生变化，囡此聚用冷却速 度较快的空冷方式，同时这也是工业，产上容易实现和节省工时的方式”。取样 作微脱组织观察，冷轧( 7 o m m 1 5 m m 。冷变形量为7 8 6 ) 后分别于4 2 0 、 4 6 0 、5 0 0 三个温度r 保温6 h ，取样作金十h 组织观察并测试力学性能，寻求最 佳工艺组合，如袁2 2 所示。 表2 2 第一部分均匀化处理工艺 均匀化处理 4 6 0 4 h5 0 0 x 4 h5 4 0 4 h5 8 0 4 h ab c d 成晶l4 2 0 x 6 ha ib 1c 1d l 妪火24 6 ( 九：6 ha 2b 2c 2d 2 3 5 0 0 6 h a 3b 3 c 3 d 3 再根据上耐的结果进一步研究均匀化上艺参数对a 1 0g m n 05 f e 合会成品组织 和1 叶涫e 的影响。模拟工业化升温速度，将经过不同均匀化温度和时日j 履不n d 冷变 第1 8 瓠。共4 8 血 第章村制器j 饔骑方法 形鞋的试样进行成品退火，取样备用，如表2 - 3 所示。 表2 - 3 第= 部分均匀化工艺 编j 均q 化丁艺 抟鱼形遁f l成d 堪火 2 一i 升温速度为1 5 c ，埘l n 5 4 0 4 hs l44 6 0 x 6 h 2 2川温逮忠为20 c r a i n引4 2 - 3 h 溢建摧为25 c r i n s 1 4 4 r 15 4 0 x4 hs 1 4 4 27 29 5 i5 4 0 x 8 h8 l4 5 27 29 6 - l6 15 4 0 4 h9 00 6 i l 7 86 6 - 1 25 7 l “l - 33 5 7 6 25 4 0 x 8 h9 幔0 6 2 - l 7 8 6 6 2 25 7 l 6 - 2 - 33 57 2 2 3 力学性靛测试 对成品退火忐的样品进行抗拉强度口。、延伸率占的测试。测试过程在w d w - 2 0 电子厅能试验机p 进行。试样尺寸按照g b 6 3 9 7 8 6 会属拉伸试样的规定加工 而成，为标准矩形试样，其形状和尺寸如图2 4 所示1 。实验过程按照g b 2 2 8 8 7 会属托伸试验方法的有关规定进行，拉伸速度为20 r a m r a i n 。每个测定值取2 个试样的平均值。 图2 - 4 拉伸力学性能试样图 第1 9 “，共4 8 鲰 西南大学硕仁学何论史 2 2 4 金相组织观察 采用光学金相显微镜( 0 m ) 、透射电镜( t e m ) 对铸轧念试样、均匀化处理念试样 以及成品退火态的显微组织进行观察。金相显微分析在a x i o v e r t2 0 0m a t 型食相 显微镜上进行；透射电镜型号为h 7 0 0 由于样品厚度仪有0 i r a n l ，直接进行双喷 减薄，控制减薄温度一2 8 3 5 。c 。主要关注铸轧态和均匀化态的第相析 情况及 晶粒大小、晶粒形貌，以及成品退火态的品托形貌和大小。 其中第二相组织观察在明场下照相，试样先后在1 7 # 砂纸| = 磨光，再机械 抛光、电解抛光后再经2 m l h f + 3 m l h n 0 3 + 5 m l h c i + 1 9 0 m l 的酸侵蚀。 需脱察晶粒形貌大小的试样在暗场f 照相，试样先后在l 7 # 砂纸上磨光， 鲐机械抛光、电解抛光后进行阳极覆膜，然后置于偏光下观察。 电解抛光溶液采用1 0 高氯酸+ 9 0 无水酒精混台液，抛光电压为2 8 3 0 v ， 时日j 1 0 3 0 s 。抛光完成后用酒精冲洗，吹干。阳极覆膜采用 h 2