專利名稱：利用多元第二相相變調(diào)整鋁基固溶體成分的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋁合金加工技術(shù)中鋁基固溶體成分的調(diào)整方法，特別是涉及一種利用多元第二相相變調(diào)整鋁基固溶體成分的工藝方法。
背景技術(shù)：
鋁箔是鋁合金加工生產(chǎn)中工序最多、加工技術(shù)難度最大、厚度最薄的鋁材產(chǎn)品。鋁箔作為一種極限產(chǎn)品，必須進(jìn)行負(fù)輥縫軋制，在這種軋制條件下，調(diào)節(jié)軋制壓力對改變軋出產(chǎn)品的厚度已經(jīng)失去作用，所能利用的控制因素是軋制速度和后張力，但它們只能在有限范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。此時(shí)，要獲得高質(zhì)量的鋁箔產(chǎn)品，鋁箔毛料本身的質(zhì)量就顯得尤為重要。同時(shí)，鋁箔越趨于薄型，組織因素的影響越顯著。在影響鋁箔毛料內(nèi)在質(zhì)量的各種因素中，軋制硬化元素Fe、Si在鋁基體中的固溶度是其中最主要的影響因素之一。Fe、Si在鋁中的固溶度越大，則加工硬化率增大，變形抗力增加，軋制性能惡化，不利于軋制鋁箔產(chǎn)品。箔材越趨于薄型，則固溶于鋁中的Fe、Si對軋制硬化的影響越強(qiáng)。因此，如何盡可能地降低Fe、Si在鋁基體中的固溶度，是獲得高品質(zhì)鋁箔產(chǎn)品、提高成品率的關(guān)鍵因素之一。在這方面國內(nèi)目前尚沒有這方面的文獻(xiàn)報(bào)道；在國外，目前僅有日本專利文獻(xiàn)(昭61-119658)報(bào)道了降低Fe、Si在鋁基體中固溶度的相關(guān)工藝，但該專利僅是從延長析出退火時(shí)間的角度來降低Fe、Si的固溶度，而沒有涉及從相變的角度來實(shí)現(xiàn)對鋁基固溶體成分的動(dòng)態(tài)調(diào)整，因而不能有效地對鋁箔毛料Fe、Si固溶度及處理工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是鋁箔用鋁合金中存在的主要物相有α(Al)、αc( )、βp( )、βb( )等物相，其中，x1/y1＞x2/y2，x3/y3＜x1/y1。在合適的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件下，可能發(fā)生鋁基固溶體中析出αc( )相的脫溶相變、鋁基固溶體中析出βb( )相的脫溶相變、以及βp( )→αc( )的相變反應(yīng)。反應(yīng)α(Al)→αc( )和α(Al)→βb( )使鋁基體中Fe、Si固溶度減??；反應(yīng)βp( )→αc( )使鋁基體中Fe、Si固溶度增加。通過控制相變熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，以控制相變反應(yīng)的發(fā)生和反應(yīng)程度，可以達(dá)到調(diào)整Fe、Si固溶度的目的。
在此基礎(chǔ)上，對實(shí)施本發(fā)明所采用的工藝方法以及Fe、Si固溶度的變化情況做進(jìn)一步的說明。
在αc( )相脫溶反應(yīng)溫度340℃～400℃范圍內(nèi)，同時(shí)發(fā)生多元第二相相變反應(yīng)βp( )→αc( )，其中，x1/y1＞x2/y2。αc( )相的脫溶相變使基體中Fe、Si固溶度降低；βp( )→αc( )的相變反應(yīng)使基體中Fe、Si固溶度增加。這兩個(gè)過程共同作用的結(jié)果使得在340℃～400℃溫度范圍內(nèi)，αc( )相的脫溶反應(yīng)和βp( )→αc( )的相變反應(yīng)過程中存在著最佳固溶貧化點(diǎn)，即Fe、Si元素在鋁基體中的固溶度隨退火時(shí)間的延長而減小，當(dāng)達(dá)到某一極小值后又隨退火時(shí)間的延長而增加。最佳固溶貧化點(diǎn)是本發(fā)明中的一個(gè)重要特征，也是實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)重要參考點(diǎn)。在340℃～400℃溫度范圍內(nèi)，αc( )相的脫溶反應(yīng)和βp( )→αc( )的相變反應(yīng)過程進(jìn)行中超過最佳固溶貧化點(diǎn)后，鋁基體中Fe、Si固溶度和Fe/Si比的變化將導(dǎo)致另一新相βb( )的形成，其中，x3/y3＜x1/y1。βb( )相的形成將導(dǎo)致鋁基體中Fe、Si元素固溶度進(jìn)一步降低至低于最佳固溶貧化點(diǎn)的固溶度。本發(fā)明由于有效利用了多元第二相相變反應(yīng)βp( )→αc( )，調(diào)整了基體中Fe、Si固溶度和Fe/Si比，為相變反應(yīng)α(Al)→βb( )提供了熱力學(xué)上的可能性，因而更進(jìn)一步降低了基體中Fe、Si固溶度，從而實(shí)現(xiàn)了對固溶度的有效調(diào)控。
在相變反應(yīng)βp( )→αc( )由于調(diào)整了基體中Fe、Si固溶度和Fe/Si比而使得相變反應(yīng)α(Al)→βb( )的發(fā)生具備了熱力學(xué)上的可能性后，通過控制動(dòng)力學(xué)條件，可以加速βb( )的析出速度，從而更加快速地實(shí)現(xiàn)對固溶度的有效調(diào)控。實(shí)驗(yàn)表明，βb( )相的形成可通過30％-70％的冷軋變形及變形后在160℃～240℃的溫度范圍內(nèi)退火而得到加速。
該工藝方法可根據(jù)成品箔材的不同厚度，通過控制相變反應(yīng)的發(fā)生和反應(yīng)程度來調(diào)整基體中Fe、Si元素的固溶度，最終實(shí)現(xiàn)箔材的最優(yōu)化工藝方案。若軋制相對較厚的鋁箔產(chǎn)品，可以只進(jìn)行一步退火處理，即在340℃～400℃范圍內(nèi)對鋁箔毛料進(jìn)行達(dá)到或接近最佳固溶貧化點(diǎn)的退火處理；若軋制較薄和超薄的鋁箔產(chǎn)品，對鋁箔毛料的軋制性能提出了更高的要求，則應(yīng)采用兩步退火處理，即340℃～400℃范圍內(nèi)退火+30％-70％冷軋變形處理+160℃～240℃范圍內(nèi)退火的處理工藝，以盡可能地降低Fe、Si在鋁基體中的固溶度。
本發(fā)明提供的利用多元第二相相變調(diào)整鋁基固溶體成分的工藝方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)1)可有效地對Fe、Si固溶度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對鋁箔毛料Fe、Si固溶度及處理工藝的最優(yōu)化調(diào)控；2)可根據(jù)成品箔材的不同厚度，通過控制相變反應(yīng)的發(fā)生和反應(yīng)程度，調(diào)整鋁基Fe、Si元素的固溶度，從而可制訂出最優(yōu)的、經(jīng)濟(jì)的工藝方案；3)本發(fā)明提供的利用多元第二相相變調(diào)整鋁基固溶體成分的工藝方法，應(yīng)用范圍廣，可適用于1×××系、8×××系鋁合金；4)本發(fā)明提供的工藝方法，由于可以有效降低鋁基中Fe、Si元素固溶度，降低了對生產(chǎn)鋁箔產(chǎn)品所選用的原鋁錠的品質(zhì)要求，可以采用Fe、Si含量較高的原鋁錠來生產(chǎn)，因而降低了生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例在本發(fā)明的實(shí)施例中，合金系為AA1235，其化學(xué)成分如表1所示。將Fe含量調(diào)整在0.38～0.46wt％之間，Si含量調(diào)整在0.10～0.13wt％之間。
表1 AA1235合金的化學(xué)成分(wt％)

采用半連鑄工藝鑄成480×1060×4500mm的鑄錠，鑄造速度60mm/min，鑄造溫度740℃，鑄造水壓為0.2MPa。鑄錠經(jīng)560℃×13h均勻化處理后進(jìn)行熱軋。熱粗軋開軋溫度大于480℃，熱精軋終軋溫度大于220℃。熱精軋厚度為4.5mm。將熱精軋坯料冷軋至1.0mm，進(jìn)行380℃×6h的退火處理；然后冷軋至0.3mm，進(jìn)行210℃×9h的退火處理。
經(jīng)380℃×6h退火處理后的鋁箔毛料，化合物尺寸峰值在2-3μm，樣品中小于2μm的第二相占20％左右；再經(jīng)冷軋變形和210℃×9h的退火處理，析出物增多、細(xì)化，化合物尺寸主要集中在1～3μm之間，小于2μm的第二相達(dá)到了30％以上，小于1μm的第二相則增加至8％左右。表明鋁箔毛料中的化合物一方面因冷軋變形而破碎，同時(shí)第二步的退火處理使析出化合物數(shù)量增多，因而進(jìn)一步降低了基體中Fe、Si固溶度。用這樣的鋁箔毛料生產(chǎn)雙零箔，成品率可達(dá)85％以上。
權(quán)利要求
1.一種利用多元第二相相變調(diào)整鋁基固溶體成分的工藝方法，其特征在于該工藝方法是利用鋁箔用鋁合金中存在的幾種不同類型的相變反應(yīng)，通過控制相變熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件，控制相變反應(yīng)的發(fā)生和反應(yīng)程度實(shí)現(xiàn)對固溶體成分的調(diào)整，以達(dá)到對鋁箔毛料Fe、Si固溶度及處理工藝的有效調(diào)控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用多元第二相相變調(diào)整鋁基固溶體成分的工藝方法，其特征在于在 相脫溶反應(yīng)溫度340℃～400℃范圍內(nèi)，同時(shí)發(fā)生多元第二相相變反應(yīng)βp( )→αc( )，其中，x1/y1＞x2/y2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用多元第二相相變調(diào)整鋁基固溶體成分的工藝方法，其特征在于在340℃～400℃溫度范圍內(nèi)，αc( )相的脫溶反應(yīng)和βp( )→αc( )的相變反應(yīng)過程存在著最佳固溶貧化點(diǎn)，即Fe、Si元素在Al基體中的固溶度隨退火時(shí)間的延長而減小，當(dāng)達(dá)到某一極小值后又隨退火時(shí)間的延長而增加。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用多元第二相相變調(diào)整鋁基固溶體成分的工藝方法，其特征在于，在340℃～400℃溫度范圍內(nèi)，αc( )相的脫溶反應(yīng)和βp( )→αc( )的相變反應(yīng)過程進(jìn)行中超過最佳固溶貧化點(diǎn)后，基體中Fe、Si固溶度和Fe/Si比的變化將導(dǎo)致另一新相βb( )的形成，其中，x3/y3＜x1/y1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用多元第二相相變調(diào)整鋁基固溶體成分的工藝方法，其特征在于βb( )相的形成將導(dǎo)致鋁基體中Fe、Si元素固溶度進(jìn)一步降低至低于最佳固溶貧化點(diǎn)的固溶度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用多元第二相相變調(diào)整鋁基固溶體成分的工藝方法，其特征在于βb( )相的形成可通過30％-70％的冷軋變形及變形后在160℃～240℃的溫度范圍內(nèi)退火而得到加速。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用多元第二相相變調(diào)整鋁基固溶體成分的工藝方法，其特征在于該工藝方法可根據(jù)成品箔材的不同厚度，通過控制相變反應(yīng)的發(fā)生和反應(yīng)程度來調(diào)整基體中Fe、Si元素的固溶度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用多元第二相相變調(diào)整鋁基固溶體成分的工藝方法，特別是涉及一種調(diào)整鋁箔毛料固溶體成分的工藝方法。該工藝方法是利用鋁箔用鋁合金中存在的幾種不同類型的相變反應(yīng)，通過控制相變熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件來控制相變反應(yīng)的發(fā)生和反應(yīng)程度，從而實(shí)現(xiàn)對鋁基固溶體成分的有效調(diào)整，以達(dá)到對鋁箔毛料Fe、Si固溶度、組織結(jié)構(gòu)及處理工藝的最優(yōu)化調(diào)控。本發(fā)明提供的工藝方法適用于1×××系、8×××系鋁合金。
文檔編號(hào)C22F1/04GK1399004SQ0214047
公開日2003年2月26日 申請日期2002年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月16日
發(fā)明者張靜, 潘復(fù)生, 湯愛濤, 丁培道, 王文高 申請人:重慶大學(xué)