Material Sciences 材料科学, 2018, 8(5), 603-608
Published Online May 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/6d4985570.html,/journal/ms
https://https://www.doczj.com/doc/6d4985570.html,/10.12677/ms.2018.85071
Effect of Process Parameters on
Microstructure and Properties of 3003
Aluminum Alloy
Yitan Wang1, Qingsong Dai1,2, Ping Fu1, Mingwei Zhao1
1Guangxi Liuzhou Yinhai Aluminum Co., Ltd., Liuzhou Guangxi
2School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha Hunan
Received: May 4th, 2018; accepted: May 20th, 2018; published: May 29th, 2018
Abstract
Taking 3003 aluminum alloy as the research object, the effects of cold rolling rate and annealing temperature on the microstructure and properties of the sheet were studied. The results show that the work hardening of 3003 alloy sheet is significant. With the increasing of cold rolling de-formation, the tensile strength and yield strength of alloy plates increase gradually, while the elongation decreases. And during the annealing of the finished product, recovery and recrystalli-zation occur within the alloy. As the annealing temperature increases, the tensile strength and yield strength gradually decrease, and the elongation gradually increases.
Keywords
3003 Aluminum Alloy, Cold Rolling Deformation, Annealing Temperature, Microstructure and
Properties
工艺参数对3003铝合金组织与
性能的影响
王绎潭1，戴青松1,2，付平1，赵明伟1
1广西柳州银海铝业股份有限公司，广西柳州
2中南大学材料科学与工程学院，湖南长沙
收稿日期：2018年5月4日；录用日期：2018年5月20日；发布日期：2018年5月29日
王绎潭 等
摘
要
以3003铝合金为研究对象，研究了冷变形量及退火温度等因素对3003铝合金板材组织与性能的影响。结果表明：3003铝合金在冷变形时加工硬化现象，随着冷变形量的增加，抗拉强度和屈服强度逐渐增加，而延伸率逐渐减小；而在成品退火时合金内部发生了回复与再结晶，随着退火温度的增加，抗拉强度和屈服强度逐渐减小，而延伸率逐渐增加。
关键词
3003铝合金，冷变形，退火温度，组织与性能
Copyright ? 2018 by authors and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.doczj.com/doc/6d4985570.html,/licenses/by/4.0/
1. 引言
3003铝合金属于Al-Mg 系不可热处理强化铝合金。由于其具有密度小、良好的加工性能、耐腐蚀性能以及散热性能等特点，广泛应用于热交换器、化工、建筑等领域[1] [2]。3003铝合金板材是一种常用的高表面、高性能要求且具有高附加值的铝合金板材，对表面质量、性能以及板型等方面要求较高，具有较大的生产价值[3]。因此，本文通过研究不同工艺参数对3003铝合金组织与力学的影响规律，为3003铝合金板材的生产提供理论依据。
2. 实验材料与方法
2.1. 实验材料
实验材料为7 mm 厚3003铝合金热轧坯料，其化学成分如表1所示。
2.2. 实验方法
将7 mm 厚度的热轧坯料进行冷轧，然后经420℃/2 h 中间退火后，预留不同的冷加工率(15%、20%、25%、30%、35%)，以研究冷变形量对3003铝合金组织与性能的影响；将7 mm 厚度的热轧坯料进行冷轧到成品厚度，然后将板材进行退火处理，退火温度分别为200℃、220℃、240℃、260℃、280℃、300℃、320℃、340℃、360℃、380℃和400℃，退火时间为2 h ，以研究退火温度对3003铝合金组织与性能的影响。
在MTS809材料试验机上分别测试3003合金不同冷轧加工率和不同退火制度时的室温拉伸性能；在OLYMPUS 金相显微镜CX31下观察不同状态下经打磨、抛光以及使用Keller 试剂浸蚀的3003金相试样的显微组织。
Table 1. Chemical composition of 3003 aluminum alloy (mass fraction %) 表1. 3003铝合金化学成分(质量分数%)
Fe Si Cu Mg Mn Zn Cr Ti Al 0.543
0.237
0.093
0.003
1.11
0.021
0.003
0.034
Bal
Open Access
王绎潭 等
3. 实验结果
3.1. 冷变形量对3003铝合金力学的影响
图1所示为中间退火后经不同变形量(15%、20%、25%、30%、35%)轧制到成品厚度时3003铝合金板材的力学性能。从图中可知，随着冷变形量的增大，合金的抗拉强度、屈服强度增加，而延伸率降低。且当冷变形量在15%~25%之间变化时，3003铝合金板材的抗拉强度和屈服强度分别增加了23和20 MPa ，延伸率减少了2%；当冷变形量在25%~35%之间变化时，3003铝合金板材的抗拉强度和屈服强度分别增加了31和37 MPa ，延伸率减少了5%。
3.2. 冷变形量对3003铝合金组织的影响
如图2所示为不同冷变形量下3003铝合金板材的显微组织。可以看出，3003铝合金在经过420℃/2 h 中间退火后已完全再结晶如图2(a)所示，经冷变形后，晶粒沿着轧制方向被拉长，且随着冷变形量的增加，拉长的幅度也逐渐增大。如图2(b)所示，中间退火后再进行15%的冷变形量，晶粒基本没发生变化；当冷变形量增加到20%时，晶粒呈现出轻微的沿轧制方向拉伸，如图2(c)所示；当冷变形量继续增加到35%时，晶粒呈现出更加明显如纤维状的条纹，如图2(d)所示。
3.3. 退火温度对3003铝合金力学的影响
如图3所示为3003铝合金板材经退火后的力学性能，可以看出，随着退火温度的增大，3003合金板材的抗拉强度和屈服强度逐渐降低，而延伸率则逐渐增大。但在不同的退火温度区间范围内，其变化程度有所不同。退火温度在240℃以下时，3003合金板材力学性能变化较为平缓，合金板材的抗拉强度和屈服强度分别降低35和26 MPa ，而延伸率仅增加1%；退火温度在240℃~300℃之间时，3003合金板材力学性能变化较为显著，合金板材的抗拉强度和屈服强度分别降低72和113 MPa ，而延伸率增加29%；而退火温度在300℃以上时，合金板材的抗拉强度和屈服强度基本保持不变，而延伸率则有一定程度的增加。
Figure 1. Effect of cold working rate on properties of 3003 aluminum alloy 图1. 3003铝合金冷变形量对性能的影响
σ/M P a
加工率/%
延伸率/%
王绎潭 等
(a) (b)
(c) (d)
Figure 2. Microstructure of 3003 aluminum alloy at different processing rates. (a) Intermediate annealing state; (b) 15%; (c) 20%; (d) 35%
图2. 3003铝合金不同变形量下的显微组织。(a) 中间退火态；(b) 15%；(c) 20%；(d) 35%
Figure 3. Effect of annealing temperature on properties of 3003 aluminum alloy 图3. 3003铝合金退火温度对性能的影响
s /M P a
退火温度/℃
延伸率/%
王绎潭 等
3.4. 退火温度对3003铝合金组织的影响
如图4所示为不同退火温度时3003铝合金的显微组织。可以看出，3003铝合金在经过71%的冷变形后，晶粒沿着轧制方向被拉长、压碎，形成大量亚晶界等小角度晶界，导致大量位错堆积，最终呈现出明显的纤维状组织特征，如图4(a)所示。合金板材在经过退火处理后，晶粒吸收了能量，板材的组织和性能将产生较大的变化，当退火温度在240℃以下时，合金板材主要发生回复，点缺陷和位错运动加剧，纤维状组织逐渐消失；当退火温度在240~300℃之间时，虽然纤维状组织并未完全消失，但部分晶粒发生了再结晶，如图4(b)所示。随着退火温度进一步增加至300℃时，合金板材中的纤维状组织已完全消失，呈现出明显的再结晶特征，如图4(c)所示。当退火温度继续增加时，发生了再结晶组织的长大，如图4(d)所示。
4. 分析与讨论
3003铝合金板材在冷变形时晶粒沿着轧制方向被拉长，当变形量达到一定程度时，各个晶粒之间已经不能清楚的辨别开来，晶粒将呈现出纤维状[4]，这也是文中图2(d)金相组织呈纤维状分布的原因。在冷变形时，合金内部不断发生塑性变形，导致位错密度也不断增加，位错反应和相互作用增强，结果产生固定割阶、位错缠结等障碍，使得合金继续产生变形变得困难，在力学上则表现为合金的抗拉强度和屈服强度增大[5]。因此当冷变形量达到35%时，力学性能及折弯性能均不满足板材使用要求。
(a) (b)
(c) (d)
Figure 4. Microstructure of 3003 aluminum alloy at different annealing temperatures. (a) Cold-rolled state; (b) 280?C ; (c) 300?C ; (d) 400?C
图4. 3003铝合金不同退火温度下的显微组织。(a) 冷轧态；(b) 280℃；(c) 300℃；(d) 400℃
王绎潭等
3003合金板材经过冷变形后，点缺陷、位错等结构缺陷密度增加，晶格畸变能增大，此时合金处于一种热力学不稳定的高自由能状态。在经过退火处理后，晶粒吸收了能量，当退火温度达到一定程度时，将出现新的等轴晶粒，合金内部发生了回复与再结晶[6] [7]。文中当3003铝合金退火温度在240℃以下时，抗拉强度略有降低，但幅度较小，表面此时合金内部组织处于回复阶段。由于退火温度较低，不足以引起晶粒内变形储能，只能使其在加工硬化中形成的点缺陷和位错在加热过程中发生迁移，亚组织发生了多边化，位错重新排布，亚晶粒粗化，即位相差很小的两个或多个亚晶粒通过位错的攀移等运动形成一个较大的压晶粒[8]。退火温度在240℃~300℃之间时，3003合金板材力学性能变化较为显著，此时在合金内部个别区域出现了细小晶粒，开始发生了再结晶。再结晶的发生使得3003合金板材位错密度降低，因此3003合金板材经退火处理后强度降低，塑性提高，同时使其折弯性能得到提高，在280℃退火时可以获得强度适中，折弯性能优异的板材。当退火温度在300℃以上时，力学性能基本保持不变，此时合金已完全再结晶，晶粒将开始长大如图4(d)所示。
5. 结论
1) 3003铝合金在冷变形时加工硬化现象，随着冷变形量的增加，抗拉强度和屈服强度逐渐增加，而
延伸率逐渐减小；其显微组织表现为晶粒沿着轧制方向被拉长，且随着冷变形量的增加，拉长的幅度也逐渐增大，晶粒最终呈现出如纤维状的条纹。
2) 3003铝合金在成品退火时，随着退火温度的增加，抗拉强度和屈服强度逐渐减小，而延伸率逐渐
增加；其显微组织表现为点缺陷和位错运动加剧，纤维状组织逐渐消失，合金内部发生了回复与再结晶。
基金项目
广西创新驱动重大专项(桂科AA17202011)、广西科技计划项目(桂科AA16380039)。
参考文献
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热处理对7075铝合金组织和性能的影响 摘要：对7075铝合金进行了固溶和单级时效处理，研究了单级时效对铝合金组织和性能的影响，结果表明铝合金经单级时效后纤维组织消失，在晶界处生成第二相粒子。铝合金显微硬度的峰值时效温度为120℃，时间为16h，硬度为220HV。120℃/24h时效后合金的峰值强度为680.5MPa。本研究中主要阐述热处理对7075铝合金组织和性能的影响。 关键词：热处理；7075铝合金；组织性能 引言 近些年来,铝合金的发展历程先后经历了由单一的追求高强度到追求高强耐腐蚀，再到追求高强高韧耐腐蚀性能，又到高强高韧耐腐蚀抗疲劳，最终到现在的追求高淬透性高综合性能五个发展阶段。然后发展方向却集中在以满足高强高韧铝合金的航空航天领域以及适用于各种使用条件的民用铝合金领域。当前对于铝合金强韧化以及耐蚀性的研究已经成为了重中之重，相信随着综合性能的提高，铝合金在国民经济发展中的运用将更加广泛。 1、7xxx系铝合金概述 7xxx铝合金是以Al-Zn-Mg和Al-Zn-Mg-Cu合金为主的一种超高强度铝合金，它是超高系列铝合金的最主要代表，Fe和Si是7xxx铝合金的主要有害杂质。较2xxx高强度铝合金在强度和硬度方面高出许多。属于热处理可强化的合金。该系铝合金具有强度高、密度小、易加工、焊接性能良好等优良特点，并且一般耐蚀性较好，因此在航空航天工业、车辆、建筑、桥梁、工兵装备及大型压力容器方面得到了广泛的应用。现阶段7xxx铝合金的研究主要集中在通过调节合金化元素和优化热处理工艺来得到高强高韧耐腐蚀的综合性能[1]。这也是本文的研究方向的出发点。该系代表合金如7005、7050、7075等。 2、试验材料与方法 试验材料为7075铝合金，将铝合金(尺寸为20mmX20mmX160mm)在盐浴中进行固溶处理，处理工艺为480℃/2h铝合金固溶处理后在试验箱中进行单级时效处理，时效温度分别为100,120,150℃，时效时间为0-48h。 将试样按国标GB/T228-2010用线切割加工成拉伸试样，用酒精超声清洗去除表面油污，在MT810万能试验机上进行拉伸强度测试，取5个试样的平均值;采用
目录 摘要 Abstract 第一章概述.............................................................................................................................. - 1 - 1.1我国建筑铝型材工业发展现状及趋势.............................................................................. - 1 - 1.2挤压成行的工艺特点.......................................................................................................... - 2 - 1.3研究目的和意义.................................................................................................................. - 2 - 第二章挤压产品的工艺分析.................................................................................................. - 4 - 2.1计算产品.............................................................................................................................. - 4 - 2.2工艺性分析.......................................................................................................................... - 4 - 2.3生产方案.............................................................................................................................. - 7 - 2.4模具的总体结构分析.......................................................................................................... - 8 - 2.5 挤压工具总体设计 (9) 第三章工艺计算.................................................................................................................... - 11 - 3.1坯料尺寸计算.................................................................................................................... - 11 - 3.2挤压力的计算.................................................................................................................... - 12 - 3.3挤压机的选择.................................................................................................................... - 14 - 3.4压力中心的计算................................................................................................................ - 15 - 第四章挤压工模具结构设计................................................................................................ - 16 - 4.1模具结构设计.................................................................................................................... - 16 - 4.2模具强度校核.................................................................................................................... - 23 - 4.3挤压筒的设计.................................................................................................................... - 24 - 4.4挤压轴的设计.................................................................................................................... - 27 - 4.5挤压垫的设计 (29) 4.6模具实体图 (30) 总结.................................................................................................................................. - 34 - 参考文献.................................................................................................................................. - 35 - 致谢.................................................................................................................................. - 36 -
一、铝合金的挤压生产 1．挤压时金属的变形过程分为几个阶段？ 分为：⑴填充挤压阶段；⑵平流压出阶段；⑶紊流压出阶段。 2、什么是挤压比（λ）？挤压6063型材时，挤压比（λ）在什么范围内最合适？ 挤压筒内铝棒的截面积与挤出型材的截面积之比，称为挤压比（λ）或挤压系数（λ）。 挤压系数是挤压工艺最重要的内容，根据制品外形和截面面积选择挤压筒的直径。挤压系数一般＞9。平模当λ＝9～40时使用寿命较长，分流模的挤压系数应在20～70范围内。系数过小会产生焊接不良。所以挤压空心型材的挤压系数比实心型材的大。如挤压Φ101×25管材，当λ=15时焊合不好，选择λ=38时管材焊合良好。挤压系数太大，挤压困难，而且因铝棒较短造成产品的成品率太低，影响经济技术指标。 3．生产过程中如何控制挤压温度？ 铝棒温度应保持在440～520℃之间（以6063为例），加热时间均在6小时以上。挤压筒加热到400～440℃。模具温度为400～510℃，保温时间1～4小时。 4、选择挤压温度应遵循哪些原则？ 6063合金铝棒的挤压温度通常在470～510之间，有时也可在较低温度下挤压。选择铝棒温度的原则：⑴为获得较高的机械性能，应选择较高的挤压温度；⑵当挤压机能力不足，可通过提高铝棒温度来提高挤压速度；⑶当模具悬臂过大时，可提高铝棒温度，以减小
铝棒对模具的压力及摩擦力；⑷挤压温度过高会使产生气泡、撕裂及由于模具工作带粘铝造成表面划痕严重；⑸为了获得高表面质量的产品，宜在较低温度下挤压 5、如何控制挤压速度？ 挤压速度是影响生产率的一个重要指标。挤压速度取决于合金种类、几何形状、尺寸和表面状态，同时也与铸锭质量息息相关。要提高挤压速度，必需合理控制铝棒温度、模具温度、挤压筒温度。6063铝合金挤压速度范围为：9～80M/min，其中实心型材为：20～80M/min，空心型材的挤压速度一般为实心型材挤压速度的0．5～0．8倍。 6、什么是均匀化？ 通常将6063铝棒在560℃保温6～8小时，使合金的Mg2si相以细小质点均匀分布在整个金属基体中，且消除铸造应力，铸锭出炉后以较高速度冷却（水冷或风冷），这种热处理工艺称作均匀化。 7、在挤压生产中，均匀化有什么作用？ ⑴能提高型材的机械性能；⑵降低挤压力约10～15％；⑶大大提高挤压速度；⑷降低合金的挤压摩擦，提高模具寿命；⑸减少型材的挤压痕，改善型材的氧化着色质量。 8、怎样计算挤压机每小时产量？ 挤压机每小时产量按下面公式计算： As=3600×F×P［1Vi÷tf/（Ld-1）］ 其中：As-挤压机每小时产能（t/h） F-铸锭截面积（㎡）
铝合金的典型机械性能(Typical Mechanical Properties) 铝合金牌号 及状态拉伸强度(25°C MPa)屈服强度(25°C MPa)硬度500kg力10mm球延伸率 1.6mm(1/16in)厚度 5052-H112 175 195 60 12 5083-H112 180 211 65 14 6061-T651 310 276 95 12 7050-T7451 510 455 135 10 7075-T651 572 503 150 11 2024-T351 470 325 120 20 铝合金的典型物理性能(Typical Physical Properties) 铝合金牌号及状态热膨胀系数 (20-100℃) μm/m?k熔点范围 (℃)电导率20℃(68℉) (%IACS) 电阻率20℃(68℉) Ωmm2/m 密度(20℃)(g/cm3) 2024-T351 23.2 500-635 30 0.058 2.82 5052-H112 23.8 607-650 35 0.050 2.72 5083-H112 23.4 570-640 29 0.059 2.72 6061-T651 23.6 580-650 43 0.040 2.73 7050-T7451 23.5 490-630 41 0.0415 2.82 7075-T651 23.6 475-635 33 0.0515 2.82 铝合金的化学成份(Chemical Composition Limit Of Aluminum ) 合金 牌号硅Si 铁Fe 铜Cu 锰Mn 镁Mg 铬Cr 锌Zn 钛Ti 其它铝 每个合计最小值 2024 23.2 0.5 3.8-4.9 0.3-0.9 1.2-1.8 0.1 0.25 0.15 0.05 0.15 余量5052 25 0.4 0.1 0.1 2.2-2.8 0.15-0.35 0.1 -- 0.05 0.15 余量5083 23.8 0.4 0.1 0.3-1.0 4.0-4.9 0.05-0.25 0.25 0.15 0.05 0.15 余量6061 23.6 0.7 0.15-0.4 0.15 0.8-1.2 0.04-0.35 0.25 0.15 0.05 0.15 余 量 7050 23.5 0.15 20.-2.6 0.1 1.9-2.6 0.04 5.7-6.7 0.06 0.05 0.15 余量7075 23.6 0.5 1.2-2.0 0.3 2.1-2.9 0.18-0.28 5.1-6.1 0.2 0.05 0.15 余 量 美铝典型应用领域 用途 2024 5052 5083 6061 7050 7075 农业 -- ● -- ● -- -- 航空器● -- -- ●●● 模具 -- ● -- ● -- ● 机械设备●● -- ●●● 五金零件 -- -- -- ● -- -- 建筑 -- ● -- ● -- --
1铝的基本特性与应用范围 铝是元素周期表中第三周期主族元素，原子序数为13，原子量为26.9815。 铝具有一系列比其他有色金属、钢铁、塑料和木材等更优良的特性，如密度小，仅为2.7 g / cm3，约为铜或钢的1/3；良好的耐蚀性和耐候性；良好的塑性和加工性能；良好的导热性和导电性；良好的耐低温性能，对光热电波的反射率高、表面性能好；无磁性；基本无毒；有吸音性；耐酸性好；抗核辐射性能好；弹性系数小；良好的力学性能；优良的铸造性能和焊接性能；良好的抗撞击性。此外，铝材的高温性能、成型性能、切削加工性、铆接性以及表面处理性能等也比较好。因此，铝材在航天、航海、航空、汽车、交通运输、桥梁、建筑、电子电气、能源动力、冶金化工、农业排灌、机械制造、包装防腐、电器家具、日用文体等各个领域都获得了十分广泛的应用，下表列出了铝的基本特性及主要应用领域。 铝的基本特性及主要应用领域
3 变形铝合金分类、牌号和状态表示法 3. 1变形铝合金的分类 变形铝合金的分类方法很多，目前，世界上绝大部分国家通常按以下三种方法进行分类。 ⑴按合金状态图及热处理特点分为可热处理强化铝合金和不可热处理强化铝合金两大类。不可热处理强化铝合金（如：纯铝、Al-Mn、Al-Mg、Al-Si系合金）和可热处理强化铝合金（如：Al-Mg-Si、Al-Cu、Al-Zn-Mg 系合金）。 ⑵按合金性能和用途可分为：工业纯铝、光辉铝合金、切削铝合金、耐热铝合金、低强度铝合金、中强度铝合金、高强度铝合金（硬铝）、超高强度铝合金（超硬铝）、锻造铝合金及特殊铝合金等。 ⑶按合金中所含主要元素成分可分为：工业纯铝（1×××系），Al-Cu合金（2×××系），Al-Mn合金（3×××系），Al-Si合金（4×××系），AL-Mg合金（5×××系），Al-Mg-Si合金（6×××系），Al-Zn-Mg合金（7×××系），Al-其它元素合金（8×××系）及备用合金组（9×××系）。 这三种分类方法各有特点，有时相互交叉，相互补充。在工业生产中，大多数国家按第三种方法，即按合金中所含主要元素成分的4位数码法分类。这种分类方法能较本质的反映合金的基本性能，也便于编码、记忆和计算机管理。我国目前也采用4位数码法分类。 3. 2中国变形铝合金的牌号表示法 根据GB/T16474 —1996“变形铝及铝合金牌号表示方法”，凡化学成分与变形铝及铝合金国际牌号注册协议组织（简称国际牌号注册组织）命名的合金相同的所有合金，其牌号直接采用国际四位数字体系牌号，
均匀化退火对6056铝合金组织与性能的影响 宁波科诺铝业有限责任公司，董培纯邱建平李博 摘要：采用热分析技术、扫描电子显微镜、拉伸试验研究均匀化退火处理对于6056铝合金微观组织和力学性能的影响。结果表明：6056铝合金铸态组织存在严重的枝晶偏析及明显的非平衡共晶组织，经过540℃×12 h 均匀化退火处理后，枝晶偏析和非平衡共晶组织明显消除，其强度降低、塑性大幅度提高。 关键词：均匀化退火；微观组织；力学性能 The effect of homogenizing annealing on microstructure and properties of 6056 aluminum alloy （Ningbo KENO Aluminum Co.,Ltd，Ningbo 315033，China） Abstract：The influence of homogenizing annealing on microstructure and properties of 6056 aluminum alloy is investigated by heat analysis technology，scan electrical microscope and tensile test. The results show that severe dendritic-segregation and unequilibrium phases exist in its as-cast structure，After 540℃×12h homogenizing annealing treatment，dendrite segregation and unequilibrium eutectic phases eliminate . The strength decrease and the ductility increase obviously. Keywords：Homogenization annealing；Microstructure；Mechanical properties 引言 6056铝合金是广泛应用于汽车和航空领域的一种Al-Mg-Si-Cu合金，其强度比6061铝合金高15%，可焊性、耐腐蚀性能和切削加工性能均优于7075和2024铝合金[1,2]。6056铝合金成分复杂，在半连续铸造过程中，铸锭组织会不同程度地偏离平衡状态，产生严重的枝晶偏析，形成大量的非平衡凝固共晶组织，因此，6056铝合金铸锭必须进行均匀化退火处理，以消除枝晶偏析，同时使合金中非平衡凝固共晶组织溶入基体，最大限度地减少基体中残留的结晶相，提高合金的塑性[3,4]。 均匀化退火处理是6056铝合金获得理想工艺性能和力学性能的关键环节之一。目前国内对于6065铝合金的均匀化退火处理的研究还不充分，本文通过研究均匀化退火对6065铝合金微观组织和性能的影响，为6056铝合金的生产提供试验指导。 试验材料与试验方法 按照表1所示的6056铝合金成分进行配料，使用中频感应炉熔炼，精炼后采用半连续铸造的方法铸成Φ85 mm的铸棒。在铸棒上取样，采用DSC进行热分析试验，得到铸棒中低熔点共晶组织的熔化温度，以确定均匀化退火温度，DSC试验的升温速率5 ℃/min，从室温加热到600 ℃。截取Φ85×100 mm的铸棒进行均匀化退火，均匀化退火温度为540 ℃，保温时间分别是6 h、12 h。从铸态和均匀化退火后的铸棒上切取金相试样，经机械研磨和抛光后，在2 ml HF、3 ml HCl、5 mlHNO3、250 mlH2O 腐蚀液中腐蚀10 s，用清水冲洗干净，然后用酒精擦净吹干，制得的试样采用扫描电子显微镜观察微观组织形貌。将铸态及均
锰元素对喷射成形高强铝合金固溶组织和性能的影响 季飞蔡元华张济山郝斌 （北京科技大学新金属材料国家重点实验室 100083） 摘要：利用光镜，扫描电镜和X射线衍射的观察以及力学性能检测，研究了在高强铝合金中加入锰后对合金固溶组织、拉伸性能以及断口形貌的影响。结果表明，加入锰后能使固溶温度得到提高；通过断口形貌SEM扫描可以看出，含锰铝合金的韧窝比不含锰铝合金要细小，在不出现粗大含锰相时，加锰后断口上沿晶断裂减小；同时在高强铝合金中添加锰元素能提高材料的屈服强度和极限抗拉强度。 关键词：喷射成形；超高强铝合金；显微组织；Mn；性能 分类号： Influence of Mn content on microstructure of spray-formed 7xxx series aluminum alloy JI Fei, CAI Yuan-hua, ZHANG Ji-shan, HAO Bin (State Key Laboratory of Advanced Metal Material 100083) Abstract: The affect of Mn on solution structure，tensile strength and micrographs of fracture of ultra-high strength aluminum alloys were studied by use of OP,SEM and XRD analysis. The results show that Mn element will increase solution temperature; aluminum alloy with manganese has smaller size of dimple and lower fraction of intergranual fracture surface than those of aluminum alloy without manganese when coarse precipitates containing manganese did not
挤压 一．操作规程： 1．采用加温100℃/1小时的梯温形式，将盛锭筒加温至380℃---420℃。 2．根据作业计划单，选择适量的合适铝棒进棒炉加温至480℃---520℃，特殊的工业型材按规定的工艺温度执行。 3．根据作业计划单选定符合计划单的模具，加温至460℃---500℃，保温2---4小时。 4．启动挤压机冷却马达——油压马达。 5．根据计划单顺序，选定模具专用垫装在模座中，将模座锁定在挤压位置。 6．将盛定筒闭锁，将加热过的铝棒利用送料架升至料胆对齐位置。 7．主缸前进挤压 8．挤压时刚起压速度要慢，中速挤压速度视出料口型材表面质量适当调整。 9．将模具编号、铝棒编号、主缸压力、出料速度等详细记入原始纪录。 二．工艺要求 1．铝棒加热上机温度为：A平模：500℃---520℃ B.分流模：480℃---500℃ C.特殊工业材按特殊的工艺要求执行。 2．模具加温工艺： A.平模：460℃---480℃ B.分流模：460℃---500℃ 3．盛定筒温度：380℃---420℃盛锭筒端面温度为280℃---360℃ 4．挤压出的料必须表面光滑，纵向压痕无手感，挤压纹细致均匀，无亮带、黑线、阴阳面平面间隙、角度偏差，切斜度按国标高精级。 5．挤压力：≤200㎏/cm2 6．料胆闭锁压力120㎏/cm2—150㎏/cm2。 7．液压油温度≤45℃ 8．型材流出速度一般控制在：5米/分钟---30米/分钟 9．模具在炉内的时间：≤8小时 10.每挤压80支棒－100支棒，必须用专用清缸垫清理一次料胆。
三．注意事项 1、挤压时，如塞模，闷车时间不得超过5秒。 2、装模时，注意安全，防止螺丝滑脱砸伤脚。 3、出料时，严禁直线向出料口窥视。 4、装模上机前，必须检查中心位，挤压杆是否对中，开机前空载试机运行一次，确认无误正式开机。 5、测棒温，模温，盛锭筒温是否达到要求。 6、3—5支棒检查一次质量。 7、经常检查油温。 8、每支铝棒是否有炉号、合金牌号标示。 中断 一．操作规程 1、当主机出料时，用钳子夹住料头，将型材导引至滑出平台并开启冷却风机，对要求水冷的型材打开水冷系统。 2、用中断锯锯下约50㎝左右的料头，写明模具编号，集中收放，供修模工参考。 3、出料正常，用中断锯锯下约50㎝左右的型材，交给质检员检测质量。 4、配合机手根据出料长度，在13米、19米或25米处中断型材，以便矫直。如总长度小于26米。则在料接头上中断。 5、型材被中断后，立即用石棉手套轻轻托住推至冷床。 6、检查质量。特别是第一、第二支棒，以后每隔3---5支棒就要检查一遍表面质量。 二．工艺要求： 1、出料口风冷速度不低于110℃/分钟 2、锯料时，注意轻压且锯与料同步前进，防止型材压弯。 3、推料时，轻拿轻放，避免人为的擦伤和料台擦花。 4、锯料时，一定要用手抓住型材,防止型材摆动而擦花. 三.注意事项:
各种牌号铝合金的主要特点及用途(ZL铸铝） ZL101 成分简单，容易熔炼和铸造，铸造性能好，气密性好、焊接和切削加工性能也比较好，但力学性能不高。适合铸造薄壁、大面积和形状复杂的、强度要求不高的各种零件，如泵的壳体、齿轮箱、仪表壳（框架）及家电产品上的零件等。主要采用砂型铸造和金属型铸造。 Zl101A 由于是在ZL101的基础上加了微量Ti，细化了晶粒，强化了合金的组织，其综合性能高于Zl101、ZL102，并有较好的抗蚀性能，可用作一般载荷的工程结构件和摩托车、汽车及家电、仪表产品上的各种结构件的优质铸件。其使用量目前仅次于ZL102。多采用砂型和金属型铸造。 Zl102 这种合金的最大特点是流动性好，其它性能与ZL101差不多，但气密性比ZL101要好，可用来铸造各种形状复杂、薄壁的压铸件和强度要求不高的薄壁、大面积、形状复杂的金属或砂型铸件。不论是压铸件还是金属型、砂型铸件，都是民用产品上用得最多的一个铸造铝合金品种。 Zl104 因其工晶体量多，又加入了Mn，抵消了材料中混入的Fe有害作用，有较好的铸造性能和优良的气密性、耐蚀性，焊接和切削加工性能也比较好，但耐热性能较差，适合制作形状复杂、尺寸较大的有较大负荷的动力结构件，如增压器壳体、气缸盖，气缸套等零件，主要用压铸，也多采用砂型和金属型铸造。 Zl105、ZL105A 由于加入了Cu，降低了Si的含量，其铸造性能和焊接性能都比ZL104差，但室温和高温强度、切削加工性能都比ZL104要好，塑性稍低，抗蚀性能较差。适合用作形状复杂、尺寸较大、有重大负荷的动力结构件。如增压器壳体、气缸盖、气缸套等零件。Zl105A 是降低了ZL105的杂质元素Fe的含量，提高了合金的强度，具有比ZL105更好的力学性能，多采用铸造优质铸件。 ZL106 由于提高了Si的含量，又加入了微量的Ti、Mn，使合金的铸造性能和高温性能优于ZL105气密性、耐蚀性也较好，可用作一般负荷的结构件及要求气密性较好和在较高温度下工作的零件，主要采用砂型和金属型铸造。 ZL107 ZL107有优良的铸造性能和气密性能，力学性能也较好，焊接和切削加工性能一般，抗蚀性能稍差，适合制作承受一般动负荷或静负荷的结构件及有气密性要求的零件。多用砂型铸造。 ZL108 ZL108由于含Si量较高，又加入了Mg、Cu、Mn，使合金的铸造性能优良，并且热膨胀系数小，耐磨性好，强度高，并具有较好的耐热性能。但抗蚀性稍低。适合制作内燃发动机的活塞及其它要求耐磨的零件以及要求尺寸、体积稳定的零件。主要采用压铸和金属型铸造，也可采用砂型铸造。 ZL109 这是复杂合金化的Al-Si-Cu-Mg-Ni合金，由于含Si量提高，并加入了Ni，使合金具有优良的铸造性能和气密性能以及较高的高温强度，耐磨性和耐蚀性也得到提高，
6063铝合金挤压型材常见缺陷及其解决办法 6063铝合金型材以其良好的塑性、适中的热处理强度、良好的焊接性能以及阳极氧化处理后表面华丽的色泽等诸多优点而被广泛应用。但在生产过程中经常会出现一些缺陷而致使产品质量低下，成品率降低，生产成本增加，效益下降，最终导致企业的市场竞争能力下降。因此，从根源上着手解决6063铝合金挤压型材的缺陷问题是企业提高自身竞争力的一个重要方面。 1 划、擦、碰伤 划伤、擦伤、碰伤是当型材从模孔流出以及在随后工序中与工具、设备等相接触时导致的表面损伤。 1．1 主要原因 ①铸锭表面附着有杂物或铸锭成分偏析。铸锭表面存在大量偏析浮出物而铸锭又未进行均匀化处理或均匀化处理效果不好时，铸锭内存在一定数量的坚硬的金属颗粒，在挤压过程中金属流经工作带时，这些偏析浮出物或坚硬的金属颗粒附着在工作带表面或对工作带造成损伤，最终对型材表面造成划伤； ②模具型腔或工作带上有杂物，模具工作带硬度较低，使工作带表面在挤压时受伤而划伤型材； ③出料轨道或摆床上有裸露的金属或石墨条内有较硬的夹杂物，当其与型材接触时对型材表面造成划伤； ④在叉料杆将型材从出料轨道上送到摆床上时，由于速度过快造成型材碰伤； ⑤在摆床上人为拖动型材造成擦伤； ⑥在运输过程中型材之间相互摩擦或挤压造成损伤。 1．2 解决办法 ①加强对铸锭质量的控制； ②提高修模质量，模具定期氮化并严格执行氮化工艺； ③用软质毛毡将型材与辅具隔离，尽量减少型材与辅具的接触损伤； ④生产中要轻拿轻放，尽量避免随意拖动或翻动型材； ⑤在料框中合理摆放型材，尽量避免相互摩擦。 2机械性能不合格 2．1 主要原因 ①挤压时温度过低，挤压速度太慢，型材在挤压机的出口温度达不到固溶温度，起不到固溶强化作用； ②型材出口处风机少，风量不够，导致冷却速度慢，不能使型材在最短的时间内降到200℃以下，使粗大的Mg2Si过早析出，从而使固溶相减少，影响了型材热处理后的机械性能； ③铸锭成分不合格，铸锭中的Mg、Si含量达不到标准要求； ④铸锭未均匀化处理，使铸锭组织中析出的Mg2Si相无法在挤压的较短时间内重新固溶，造成固溶不充分而影响了产品性能； ⑤时效工艺不当、热风循环不畅或热电偶安装位置不正确，导致时效不充分或过时效。 2．2 解决办法 ①合理控制挤压温度和挤压速度，使型材在挤压机的出口温度保持在最低固溶温度以上； ②强化风冷条件，有条件的工厂可安装雾化冷却装置，以期达到6063合金冷却梯度的最低要求； ③加强铸锭的质量管理； ④对铸锭进行均匀化处理； ⑤合理确定时效工艺，正确安装热电偶，正确摆放型材以保证热风循环通畅。 3几何尺寸超差 3．1 主要原因 ①由于模具设计不合理或制造有误、挤压工艺不当、模具与挤压筒不对中、不合理润滑等，导致金属流动中各点流速相差过大，从而产生内应力致使型材变形；
1×××系铝及铝合金 标准：GB/T3190-1996 特性及适用范围： 1XXX系列为纯铝中添加少量铜元素形成，具有极佳的成形加工特性、高耐腐蚀性、良好 的焊接性和导电性.1XXX系列铝合金广泛应用于对强度要求不高的产品,如化工仪器、薄 板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零件、热交换器、钟表面及盘面、铭牌、厨具、装饰品、反光器具等。 1XXX纯铝应用较为广泛的牌号：1050、1060、1070、1100等。 2×××系列铝铜合金 标准：GB/T3190-1996 特性及适用范围： 2XXX系列为铝－铜－镁系中的典型硬铝合金，其成份比较合理，综合性能较好。很多国 家都生产这个合金，是硬铝中用量最大的。 该合金的特点是：强度高，有一定的耐热性，可用作150°C以下的工作零件。温度高于125°C，2XXX系列合金的强度比7075合金的还高。热状态、退火和新淬火状态下成形 性能都比较好，热处理强化效果显著，但热处理工艺要求严格。抗蚀性较差，但用纯铝包覆可以得到有效保护；焊接时易产生裂纹，但采用特殊工艺可以焊接，也可以铆接。广 泛用于飞机结构、铆钉、卡车轮。 2XXX系铝铜合金用途 由于有高强度和好疲劳强度，被广泛应用在航空器结构上，尤其是机翼与机身结构 下的受到张力的地方。 2XXX系列硬铝应用较为广泛的牌号：2024(2A12)、L Y12、L Y11、2A11、2A14（LD10）、2017、2A17等。 6×××系铝硅合金 标准：GB/T3190-1996 特性及适用范围： 6XXX系列属热处理可强化合金，具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性和，同时 具有中等强度，在退火后仍能维持较好的操作性. 6XXX系列铝合金的主要合金元素是镁与硅AlMgSi1Cu，并形成Mg2Si相。若含有一定量的 锰与铬，可以中和铁的坏作用；有时还添加少量的铜或锌，以提高合金的强度，而又不 使其抗蚀性有明显降低；导电材料中还有少量的铜，以抵销钛及铁对导电性的不良影响；锆或钛能细化晶粒与控制再结晶组织；为了改善可切削性能，可加入铅与铋。在Mg2Si固溶于铝中，使合金有人工时效硬化功能。 6061-T651是6XXX系列合金中主要合金,是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，其强度虽不能与2XXX系或7XXX系相比，但其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、优 良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及 易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。 6XXX铝硅合金应用较为广泛的牌号：6082、6063（LD31）、6061（LD30）、6A02等。
Material Sciences 材料科学, 2018, 8(5), 603-608 Published Online May 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/6d4985570.html,/journal/ms https://https://www.doczj.com/doc/6d4985570.html,/10.12677/ms.2018.85071 Effect of Process Parameters on Microstructure and Properties of 3003 Aluminum Alloy Yitan Wang1, Qingsong Dai1,2, Ping Fu1, Mingwei Zhao1 1Guangxi Liuzhou Yinhai Aluminum Co., Ltd., Liuzhou Guangxi 2School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha Hunan Received: May 4th, 2018; accepted: May 20th, 2018; published: May 29th, 2018 Abstract Taking 3003 aluminum alloy as the research object, the effects of cold rolling rate and annealing temperature on the microstructure and properties of the sheet were studied. The results show that the work hardening of 3003 alloy sheet is significant. With the increasing of cold rolling de-formation, the tensile strength and yield strength of alloy plates increase gradually, while the elongation decreases. And during the annealing of the finished product, recovery and recrystalli-zation occur within the alloy. As the annealing temperature increases, the tensile strength and yield strength gradually decrease, and the elongation gradually increases. Keywords 3003 Aluminum Alloy, Cold Rolling Deformation, Annealing Temperature, Microstructure and Properties 工艺参数对3003铝合金组织与 性能的影响 王绎潭1，戴青松1,2，付平1，赵明伟1 1广西柳州银海铝业股份有限公司，广西柳州 2中南大学材料科学与工程学院，湖南长沙 收稿日期：2018年5月4日；录用日期：2018年5月20日；发布日期：2018年5月29日
一、铝合金的挤压生产 挤压生产工艺流程： 1、挤压时金属的变形过程分为三个阶段： ⑴填充挤压阶段；⑵平流压出阶段；⑶紊流压出阶段。 2、挤压比（λ）：挤压筒内铝棒的截面积与挤出型材的截面积之比，称为挤压比（λ）或挤压系数（λ）。 挤压6063型材时，挤压比（λ）在什么范围内最合适？ 挤压系数是挤压工艺最重要内容，根据制品外形和截面面积选择挤压筒的直径。挤压系数一般＞9。平模当λ＝9～40时使用寿命较长，分流模的挤压系数应在20～70范围内。系数过小会产生焊接不良。所以挤压空心型材的挤压系数比实心型材的大。如挤压Φ101×25管材，当λ=15时焊合不好，选择λ=38时管材焊合良好。挤压系数太大，挤压困难，而且因铝棒较短造成产品的成品率太低，影响经济技术指标。 3、生产过程中如何控制挤压温度？ 铝棒温度应保持在440～520℃之间（以6063为例），加热时间均大于6小时。挤压筒加热到400～440℃。模具温度为400～510℃，保温时间1～4小时。 4、选择挤压温度应遵循哪些原则？ 6063合金铝棒挤压温度通常在470～510℃之间，有时也可在较低温度下挤压。选择铝棒温度的原则：⑴为获得较高的机械性能，应选择较高的挤压温度；
⑵当挤压机能力不足，可通过提高铝棒温度来提高挤压速度；⑶当模具悬臂过大时，可提高铝棒温度，以减小铝棒对模具的压力及摩擦力；⑷挤压温度过高会使产生气泡、撕裂及由于模具工作带粘铝造成表面划痕严重；⑸为了获得高表面质量的产品，宜在较低温度下挤压 模具加热及保温控制： 5、如何控制挤压速度？ 挤压速度是影响生产率的一个重要指标。挤压速度取决于合金种类、几何形状、尺寸和表面状态，同时也与铸锭质量息息相关。要提高挤压速度，必需合理控制铝棒温度、模具温度、挤压筒温度。6063铝合金挤压速度范围为：9～80M/min，其中实心型材为：20～80M/min，空心型材的挤压速度一般为实心型材挤压速度的0．5～0．8倍。 6、均匀化：通常将6063铝棒在560℃保温6～8小时，使合金的Mg2si相以细小质点均匀分布在整个金属基体中，且消除铸造应力，铸锭出炉后以较高速度冷却（水冷或风冷），这种热处理工艺称作均匀化。
铝的性能特点、分类、及使用区域 一、铝的性能特点： 是轻金属，熔点低，纯铝易氧化，但生成的氧化铝结构非常紧密，且化学性能稳定，能起到防止铝继续氧化。铝的导电性能比铜差，比铁好。一般工程用铝都是用铝合金，因为铝加入其他金属后会使其机械性能得到增强，例如飞机上用到的就是铝镁合金。 二铝合金分类及使用： 1）1XXX系列工业纯铝板 2）2XXX系列 Al-Cu、Al-Cu-Mn合金，； 3) 3XXX系列 Al-Mn合金 4）4XXX系列 Al-Si合金； 5）5XXX系列 Al-Mg合金； 6) 6XXX系列Al-Mg-Si合金； 7）7XXX系列 Al-Mg-Si-Cu合金； 8）8XXX系列其它。 1-8系列铝合金的应用： 1.照明灯饰；2、太阳能反射片；3、建筑外观；4、室内装潢：天花板，墙面等； 5、家具、橱柜； 6、电梯； 7、标牌、铭牌、箱包； 8、汽车内外装饰； 9、家用电器：冰箱、微波炉、 音响设备等；10.航空航天以及军事方面，比如中国目前的大飞机制造，神舟飞船系列，卫星等方面。 1-8系列铝合金用途介绍: 1×××系列铝板材 1×××系列铝板材：代表 1050、1060、1100。在所有系列中1×××系列属于含铝量最多的一个系列。 纯度可以达到99.00%以上。由于不含有其他技术元素，所以生产过程比较单一，价格相对比较便宜， 是目前常规工业中最常用的一个系列。目前市场上流通的大部分为1050以及1060系列。1000系列铝板 根据最后两位阿拉伯数字来确定这个系列的最低含铝量，比如1050系列最后两位阿拉伯数字为50， 根据国际牌号命名原则，含铝量必须达到99.5%以上方为合格产品。我国的铝合金技术标准 (gB/T3880-2006)中也明确规定1050含铝量达到99.5%.同样的道理1060系列铝板的含铝量必须达到99.6％以上
挤压铝型材表面颗粒状毛刺的形成原因与对策 在铝型材的挤压生产中，型材表面不同程度的存在一些小颗粒吸附在型材表面上，这种的缺陷，仅有轻微手感，不仔细观察或手摸较难发现。但它严重影响氧化、电泳涂漆及喷涂型材的表面美观，降低了生产效率和成品率，更是高档装饰型材的致命缺陷。因此，对其形成机理进行分析，同时在挤压生产实践中不断地观察分析，总结其成因，及时采取措施，是减少或杜绝这种缺陷的出现的有效手段。 一、颗粒吸附成因分析 1、挤压型材表面出现的颗粒状毛刺分为四种： 1)空气尘埃吸附，燃煤铝棒加热炉产生的灰尘、铝屑、油污及水份凝结成颗粒附着在热的型材表面。 2)铝棒中的杂质，如：精炼不充分遗留的金属夹杂物和非金属夹杂物。 3)时效炉内的灰尘附着。 4)铝棒中的缺陷及成分中的β相AlFeSi在高温下析出，使金属塑性降低，抗拉强度降低，产生颗粒状毛刺。 “吸附颗粒”的形成 2、原因 1)铝棒质量的影响 由于高温铸造，铸造速度快，冷却强度大，造成合金中的β相AlFeSi不能及时转变为球状α相AlFeSi，由于β相AlFeSi在合金中呈现针状组织，硬度高、塑性差，抗拉强度很低，在高温挤压时不仅会诱发挤压裂纹，而且会产生颗粒状毛刺，这种毛刺不易清理，手感强烈，颗粒附近常伴随有蝌蚪状拖尾，在金相显微镜下观察，呈现灰褐色，成分中富含铁元素。 铝棒中的杂质影响，铝棒在熔铸过程中，精炼不充分，泥土、精炼剂、覆盖剂以及粉末涂料和氧化膜夹杂等混入棒中，这些物质在挤压过程中，使金属的塑性和抗拉强度显著降低，极易产生颗粒状毛刺。 棒的组织缺陷常见的有疏松、晶粒粗大、偏析、光亮晶粒等，所有这些铸棒缺陷有一个共同点，就是与铸棒基体焊合不好，造成了基体流动的不连续性，在挤压过程中，夹渣极易从基体中分离出来，通过模具的工作带时，粘附在入口端，形成粘铝，并不断被流动的金属拉出，极易产生颗粒状毛刺。 2)模具的影响 在挤压生产中，模具是在高温高压的状态下工作的，受压力和温度的影响，模具产生弹性变形。模具工作带由开始平行于挤压方向，受到压力后，工作带变形成为喇叭状，只有工作带的刃口部分接触型材形成的粘铝，类似于车刀的刀屑瘤。在粘铝的形成过程中，不断有颗粒被型材带出，粘附在型材表面上，造成了"吸附颗粒"。随着粘铝的不断增大，模具产生瞬间回弹，就会形成咬痕缺陷。若粘铝堆积较多，不能被型材拉出，模具瞬间回弹时粘铝不脱落，就会形成型材的表面粗糙、亮条、型材撕裂、堵模等问题。模具的粘铝现象见图1。我们现在使用的挤压模具基本是平面模，在铸棒不剥皮的情况下，铸棒表面及内在的杂质堆积在模具内金属流动的死区，随着挤压铸棒的推进及挤压根数的增多，死区的杂质也在不断的变化，有一部分被正常流动的金属带出，堆积在工作带变形后的空间内。 有的被型材拉脱，形成了颗粒状毛刺。因此，模具是造成颗粒状毛刺的关键因素。