铝及铝合金的基础知识.docx

1、铝及铝合金的基础知识第一章 铝及铝合金的基础知识第一节 铝及铝合金的性质在有色金属中，铝是应用最广泛的一类金属。其产量仅次于钢铁。铝的发现，至目前还只有二百多年的历史。但由于它具有资源丰富，生产成本低，用途广泛等特点，因此铝工业在近百年的时间内得到了迅猛的发展，随着科学技术的发展及人民生产水平的提高，铝箔应用也越来越广泛。它已经渗透到了人们的日常生活中。铝及铝合金的性质，概括起来，主要有以下几个方面： 比重小。含铝量为99.5%的工业纯铝的比重为2.7克/立方厘米,只有铁和铜的三分之一左右。 导电性好。铝箔电阻系数（）为2.67微欧毫米/米，相当于铜导电能力的。但相同体积铝的重量只有铜的三分之

2、一，因此按体积计算，铝的导电能力优于铜。 良好的导热性。铝箔导热系数（）为0.54卡/厘米秒度,比铁的导热率约大三倍。工业上许多热变换器散热材料，如目前很大的空调器散热片，都是铝及铝合金制成。 强度高。铝中加入少量的锰、镁、铜、铁等，具有良好的机械性能。 良好的塑性。适合于各种加工，可压成薄板可箔，拉成细丝，磨成细粉和挤压成复杂开头的型材。 良好的抗腐蚀性能。纯铝在空气中，其表面会迅速跟氧结合，生成一层致密的氧化铝薄膜（），此层致密的薄膜可以防止里面的铝继续氧化，对铝的内部起到保护作用。 反射能力很强。铝箔反射率在以上。 铝具有银白色光泽、无毒、保鲜性好、防腐、防温、防干燥、不透气、不透光，因

3、此，铝箔被广泛地用作各种食品、药用、香烟的包装上。 焊接性能较差。第二节 铝及铝合金的牌号及状态铝及铝合金的牌号及状态以往都是采用国内统一的表示方法，即汉语拼音加顺序号，自年起，这种表示方法已经停止使用，目前采用的是国际四位数字体系的表示方法。 合金牌号 合金牌号采用的是四位数字体系表示方法，其中：第一位代表合金的系列，如第一位数字为，则代表为纯铝系列，第一位数字为，则代表不同系列的铝合金。具体的合金组别按下列主要合金元素划分:纯铝: 1Cu 2Mn i 4Mg 5Mg+Si 6Zn 7其它元素 8备用组 91组表示纯铝，其最后两数字表示最低铝 百分含量中小数点后面的两位。牌号的第位数字表示合

4、金元素或杂质极限含量的控制情况，如果第位为，则表示其杂质极限含量无特殊控制，如果是，则表示对一项或一项以上的单个杂质或合金元素极限含量有特殊控制。2牌号中的最后两位数字没有特殊意义，仅用来识别同一组中的不同合金，其第位表示改型情况。如果第位为，则表示为原始合金，如果是，则表示是改型合金。 表一示出了目前我公司常用的铝合金的化学成份表一 我公司常用铝合金品种及化学成份牌 化 学 成 份 (%,不大于)号 Si Fe Cu Mn Mg Ni Zn V Ti Zr 其余 Al 单个 合计 1145 Si+Fe:0.55 0.05 0.05 0.05 - 0.05 0.05 0.03 - 0.03 -

5、 99.451100 Si+Fe:0.95 0.05 0.05 - - 0.10 - - - 0.05 0.15 99.00 -0.20 1235Si+Fe:0.65 0.05 0.05 0.05 - 0.10 0.05 0.06 - 0.03 - 99.358011 0.55 0.7 0.05 0.05 0.05 - 0.10 - 0.08 - 0.05 0.15 余量-0.65 0.85HL01 0.15 0.2 0.05 0.2 0.05 - - - 0.10 - 0.05 0.15 99.00 -0.28 -0.252 铝及铝合金的状态及代号 2.1 基本原则1.,基础状态代号用一个英

6、文大写字母表示2.细分状态代号采用基础状态代号后跟一位或多位阿拉伯数字表示 2.2 基础状态代号基础状态代号、名称及说明与应用见表二代号名称说明与应用O退火状态适用于经完全退火获得最低强度的加工产品H加工硬化状态适用于通过加工硬化提高强度的产品，产品在加工硬化后可经过（也可不经过）使强度有所降低的附加热处理。后面必须跟两或三位阿拉伯数字 2.3 细分状态代号1. H的细分状态在字母H后面添加两位阿拉伯数字(H),或三位阿拉伯数字(H)表示的细分状态.2. H状态a.H后面的第1位数字表示该状态的基本处理程序,如: H1 未经附加热处理,只经加工硬化即所需强度的状态.H2 加工硬化及不完全退火的

7、状态,适用于加工化程度超过成品规定要求后,经不完全退火,使强度降低到规定指标的产品.H2与的H1具有相同的最小极限抗拉强度值,但延伸率比H1稍高.b.H后面的第2位数字表示产品的加工化程度,数字8表示硬状态,对于O(退火)和H8之间的状态,应在H代号后分别添加从1到7的数字来表示,在H后添加数字9表示比H8加工硬化程度更大的硬化状态。第二章 轧制原理轧制过程，是轧辊与轧件相互作用时，轧件被轧辊拉进旋转的轧辊之间，受到压缩发生塑性变形的过程。通过轧制，使金属具有了一定的尺寸和形状。第一节 轧制过程的基本概念1 变形指数在轧制过程中,在工程上常用如下变形指数表示其变形量程度： 100% (1-1)

8、 上式上,h代表压下量，代表轧前厚度，称为相对压下量，或加工率。加工率分道次加工率与总加工率两种，道次加工率是指某一个轧制道次轧制前后厚度变化计算的值。而总加工率有两种计算方法，一种是计算两次退火间的总加工率，一般说来，它反映了金属的加工性能；一种是计算退火后的产品在逐道次轧制后，至各道次总的加工率。一般工业上将轧后长度与轧前长度之比称为延伸系数，用表示根据体积不变法则，且忽略宽展，延伸系数也可以写成如下形式： （） 2 变形区及变形区长度变形区：即处于轧辊之间产生塑性变形的金属所处的区间。而在轧制理论中，变形区一般为轧件的入口端与出口端之间的区间，如图中的区域 变形区 图在变形区中，接触弧的

9、水平投影叫做变形区长度，根据数学方法，我们可以很容易的得出变形区长度的计算公式： （） 式中：工作辊的半径：绝对压下量（）给出了对称轧制过程中变形区长度的计算公式。 3 接触角 接触弧的长度所对应的圆心角称为接接触角。其计算公式如下： cos=1 （）3 咬入角咬入角是轧辊作用于轧件之合力与辊心连线所夹的角，在轧辊开始咬入轧件入角等于正常轧制时的接触角，此时，接触角等于零。随着轧件的咬入，咬入角逐渐减小，接触角逐渐增大，当轧制过程建立后，咬入角等于接触角的一半。5 前滑和后滑）前滑在轧制过程中，轧件的出口速度高于该处轧辊圆周速度的现象称为前滑。前滑值用轧辊出口断面上轧件与轧辊速度的相对差值来表

10、示： （） 式中：前滑值 ：轧辊出口断面轧件的速度 ： 轧辊的圆周速度b)后滑 与前滑相对应，后滑，是指轧件垢入口速度小于入口断面上轧辊水平速度的现象，同样，后滑值用入口断面上的轧辊水平分速度与轧件入口速度差的相对值来表示。 cos-VH 100% () Vcos 前滑区 后滑区 图1-2 如图所示，在轧制过程中，由于金属的流动，在变形区中形成了后滑区与前滑区.6 中性角前滑区和后滑区，两者的分界面称为中性面，而所谓的中性角，就是指前滑区接触弧所对应的圆心角。通常用来表示。第二节 影响轧制过程因素分析轧制过程金属的变形及变形抗力受许多因素的影响，这些因素的影响在生产条件下又常常表现为不同形式，

11、而且各因素之间又互为影响。使轧制过程复杂化。为研究方便，我们将复杂因素分解为单一因素，以便正确反映各种因素对轧制过程影响的实质。影响轧制过程的因素，可分成两类，一类是影响轧制金属本身性能的一些因素：金属的化学成份，组织结构及热力学条件（轧制温度、轧制速度、变形程度）；一类是影响状态条件的因素：外摩擦、轧辊形状及尺寸、外端及外力等。本节仅对第二类因素进行分析。 外摩擦的影响。 外摩擦对轧制过程的影响十分复杂，摩擦条件本身又受许多因素的影响与，如轧辊与轧件的表面状态，轧制温度与速度，润滑剂的性能等等。 根据金属压力加工的原理，随着外摩擦力的增大（摩擦系数升高），金属的变形抗力将随之增大。但摩擦力增

12、大，有利于改善金属的咬入。这也说明了摩擦力对轧制过程的影响具有两重性。 轧辊形状和尺寸的影响 2.1 轧辊的形状的影响 轧辊的形状有三种：平辊、凸辊、凹辊，根据轧制理论的分析，凸辊对金属流动与变形有利，而凹辊则相反。在实际生产过程中，由于热胀冷缩及板形控制的需要，工作辊的辊型均设计为凸辊。 2.2 轧辊尺寸的影响 轧辊的尺寸，包括轧辊的辊径及长度。其中对轧制过程影响较大的是辊径。在压下量相同的情况下，轧辊辊径的变化，相当于咬入角的变化。根据压力加工原理，轧辊辊径的减小，使咬入角增加，同时，还使滑移路程缩短而减少了摩擦阻力的影响，从而降低了实际变形的抗力，有利于金属的纵向流动。由此说明，在一定的

13、轧制条件下，辊径的减小有利于金属的变形。 另外，轧辊的直径对变形抗力也有显著的影响，这是由于随着直径的增加，由于接触表面增大，使摩擦阻力增加，而造成难变形区增加，引起金属变形困难而压力升高。它充分反映了尺寸因素的影响。图示出了辊径对轧制力的影响。 1 1:D=180mm 30 2:D=92mm 2 3:D-45mm 20 3 10 20 40 60 图1-3 辊径对轧制压力的影响外端的影响 所谓外端,是指变形过程 其瞬间不直接承受轧辊作用而处于变形区以外的部分.外端对纵向变形有强迫“拉齐”的作用，有助于改善纵向变形的不均匀性，另外，外端对变形抗力也有一定的影响。轧件越厚，外端的影响越大，变形越

14、不容易深入。对于铝箔轧制而言，外端的影响已经很小。 张力的影响 张力对轧制过程的影响，主要有以下两个特点：1 轧制单位压力随前后张力增加而降低。因为张力的作用使变形区的应力状态发了变化，增大了纵向的拉应力或减小了这个方向的压应力。因而使轧制时抗力减小。2 后张力比前张力影响大，冷轧时，后滑区比前滑区要大得多，压下量也较前滑区大。所以后张力影响比前张力大。张力促使变形均匀。轧制过程中，如果沿横向某处延伸较小时，由于张力作用会使延伸方向上的拉应力加大，或压应力减小，促使延伸变形；延伸较大的地方其作用相反，即拉应力减小，或压应力增大，使延伸变形减小。从而减少了沿横向的不均匀延伸，提高了带材精度。轧制

15、带材，特别是箔材，若不采用张力甚至不可能轧制出成品。张力，是实现稳定轧制及轧制过程自动化的重要条件。张力是轧制生产中一个重要的工艺参数。第三节 铝箔轧制的特点 生产铝箔的最终目的，是要获得一种致密的、光洁度和平整度好的箔材，且厚度薄，精度要求高，因此，采用一般的板带材轧制的方法是难以达到的。所以，它除具有一般板带轧制的通性外，还有着很多不同的特点： 无辊缝轧制铝箔轧制过程中，由于轧件厚度薄，所以在空转时，两工作辊之间已没有缝隙，工作辊还得加一定的压力，使两辊相互压靠，轧件被咬入后，其轧制时，增大轧制力，轧辊、轴承、牌坊等发生弹性变形，比轧件产生塑性变形更容易些。对中精轧来讲，轧制力对厚度的减薄

16、作用不大，调整铝箔厚度一般是在恒压力条件下进行无辊缝轧制。 厚度调整和板型控制由于铝箔是无辊缝轧制，其厚度调整和板控制不是象板带，主要靠调整压下装置增加轧辊对轧件的压力，而主要是先调整润滑剂、前后张力、轧制速度来实现厚度调整和板型控制。压下装置主要作用在于平衡轧辊两端的压力。 冷加工率大由于铝及铝合金的性能以及箔材的厚度很薄，且轧制时，前后张力、润滑剂、轧制速度所起的作用大。因此它的道次加工率很大，每道次加工率可达。两次再结晶退火间的总加工率可达。而板带的道次加工率只有。 双合轧制铝箔是在无辊缝条件下产生塑性变形。由于轧机只是在一定程度上产生弹性变形，即轧机弹性是有限度的，因而，轧件的变形程度

17、也就受到了限制。这种变形程度的大小与轧机的型式以及规格有关，即与轧机的刚度有关，而轧机的刚度又与轧辊直径和弹性模量有关。此外，还与轧辊与轧件之间的摩擦系数有关，与金属的强度和轧制时箔材的平均张力有关，在这方面，专家为我们提供了一个计算最小可轧厚度的理论公式： 3.58D(K-平) (1-7) E式中:D：轧辊直径 ：轧辊与轧件的摩擦系数 K：轧件的强度,即金属的强制流动应力 平：平均张力 ：轧辊弹性模量 对于某一轧机，轧制同一合金牌号的金属，如果所需要得到的轧件厚度比计算的最小可轧厚度小时，进行单张轧制无法得到所需要厚度的轧件。此时，必须进行两张或更多张叠起来进行轧制，以增加轧制时的厚度，轧制

18、后再分开。这样，就可以得所需轧件的厚度。此外，叠轧增加了轧机的生产效率，减少了轧制过程中断带的危险，提高了箔材的产量和质量。 第三章 铝箔生产工艺第一节 铝箔的特点及用途 铝及铝合金带卷经轧制后所得到的一种厚度非常薄的带材称为铝箔，工业上，把厚度小于或等于0.2mm的铝带材称为铝箔。 铝箔的特点铝箔具有银白色，热、光反射性能较高，易于压花、染色，有良好的防潮性以及保香、保鲜、防臭、防虫、无毒、无菌等性能，随着国民经济的发展和人民生产水平的提高，铝箔的应用也越来越广泛。 铝箔的用途由于铝箔的优良性能，使得它在很多领域都有广泛的应用。）航空工业：飞机旋翼、火箭、导弹、卫星等液体燃烧料箱的隔热层和防

19、水层。）电子工业：用于制造电容器、蒸发热器的发热元件以及冷凝器、电缆屏蔽等。）包装材料：广泛应用于食品、药品、香烟、化学制品等的包装。）空调器：随着制冷业的迅猛发展，用作空调器散热片用的铝箔的需求量越来越大。此外，铝箔还作为装饰品广泛地被采用。造船、车辆、建筑工业以及纺织工业等也都广泛地使用铝箔。第二节 铝箔轧制工艺及质量控制铝箔的生产工艺流程的确定，是根据所生产的合金品种、成品规格、产品质量要求、产量的多少及设备的规格、生产能力、工人的操作技术水平、管理水平等确定的，在制订合理的生产工艺流程时，应考虑以下几条原则： 充分利用金属的塑性，合理分配道次加工率，减少轧制道次，缩短生产周期，提高劳动

20、生产率。 产品符合技术条件要求及用户的需要，提高成品率，降低成本。 在安全运转的条件下，充分发挥设备能力，并尽量使各机组的负荷均衡。以下以双张箔为例说明铝箔生产的工艺流程。铸轧冷轧中间退火冷轧箔粗轧箔中轧箔精轧分切退火包装 一 铝箔坯料 用于生产铝箔的坯料根据铸造方式的不同,可分为热轧料及铸轧料。目前我公司采用的是铸轧坯料，这种工艺的优点是大大简化了生产工艺过程，节约了生产成本，而且能够保证产品的质量及成品率。）坯料规格：坯料规格的选择是否合理，直接关系到产品的产量及质量，选择坯料的规格，必须考虑所生产的合金状态、成品规格、生产设备的能力及工人的操作水平以及便于生产技术管理和合理安排生产工艺等

21、多方面的因素。目前，我公司铝箔坯料规格除空调箔及塑管铝带外,大部分均为0.36mm，空调箔坯料的规格为0.28mm，宽度依据成品宽度的不同而不同。坯料的宽度是根据轧机最大轧制宽度和设备能力及成品规格，且考虑切边量来确定，轧制箔材时，其坯料宽度最大不能超过工作辊辊身宽度的0.8-0.85倍，如果有弯辊系统，可达0.9倍。）坯料技术要求：高质量的铝箔，要求有高质量的坯料作保证，只有高质量的坯料，才能保证轧制过程的顺利进行，才能为优质铝箔的生产提供条件。对于铝箔坯料，要求表面平整洁净，不允许有松树枝状、油斑、划伤、辊痕、金属及非金属压入等缺陷，内部不允许有腐蚀、气道、夹渣，边部整齐，不能有影响铝箔工

22、序生产的毛刺、裂边、翘边等缺陷，在几何尺寸方面，也有严格的要求。目前，我公司的铝箔毛料的验收执行的是根据我公司具体情况制订的内控标准。二 铝箔的轧制2.1 铝箔轧制过程的分类铝箔的轧制与其它板带材轧制一样，分为粗轧、中轧、精轧三个过程，一般在双张箔生产中，粗轧的加工率较大，达，而精轧的道次加工率相对较小，一般小于。从轧制概念上来说，在工艺的角度来看，可以大体从轧制成品出口厚度上进行划分：粗轧：成品厚度0.05mm中轧：成品厚度在0.014 0.05mm之间精轧：厚度小于0.03mm的单张成品和双合轧制的成品2.2铝箔轧制的特点对于铝箔轧制而言，由于其出口厚度很小，使它具有许多一般板带材轧制所不

23、具备的特点：1)无辊缝轧制。铝箔是一种极薄的材料，轧制铝箔时，增大轧制力，使轧辊产生弹性变形比使被轧材料产生塑性变形更容易些。在铝板轧制时，要使铝板变薄主要依靠轧制力，而在铝箔轧制时，轧制力已起不到这种作用。而要调整铝箔的厚度，一般是在恒压力的条件下进行无辊缝轧制，只有依靠轧制速度和张力这两个关键因素。）叠轧对于厚度小于以下的铝箔，用单张轧制的方法是非常困难的。对于双零箔来说，必须采用叠轧的方法，方可获得所需的厚度。3 )速度效应在铝箔轧制过程中，箔材厚度随轧制速度的升高而变薄这一现象，称为速度效应。产生速度效应的原因，主要是有以下三个方面：。工作辊和轧制材料之间摩擦状态的变化，因为随着轧制速

24、度的提高，冷却润滑油的带入量将增加，从而使轧辊和轧材之间润滑状态发生变化，摩擦系数变小，油膜变厚，铝箔厚度随之减薄。轧机本身的变化。采用圆柱形轴承的轧机，随着轧辊转速的提高，辊颈会在轴承中浮起，因而使两根相互作用而受载的轧辊向相互靠紧的方向移动。材料被轧制变形时的加工软化。由于在轧制中的轧辊咬入区的温度随着轧制速度的升高而变得相当高。随着变形区温度的升高，材料的变形抗力降低，材料产生了加工软化，更易于变形。综上所述，铝箔轧制的速度效应大小不仅决定于轧制力和轧制速度，而且也受冷却润滑剂、轧辊表面粗糙度和材料温度的影响，要说明其确切原因是很困难的。三 铝箔轧制质量控制要点铝箔轧制过程的质量控制包括

25、很多方面，但总体来讲，可概括分为表面质量、端面质量、几何尺寸三个方面，其中表面质量及几何尺寸的控制是轧制过程质量控制的关键所在。3. 板型质量控制板型控制，是箔材生产的核心技术之一，为了提高板控制水平，现代化的铝箔轧机，都安装有板型自动控制系统。所谓的板型，通常是指轧件的平直度，也就是轧件各部位是否产生波浪、瓢曲、侧弯等。板型的好坏，取决于板带沿宽度方向的延伸是否相等。实际生产过程中，影响板型的因素是很复杂的，它包括毛料的板型质量、轧辊的凸度、粗糙度、轧制油的流量分布、轧件的对中等等。在板带冷轧及铝箔粗轧过程中，由于压下量过大，使轧制力增大，轧辊受力产生弹性弯曲和弹性压扁，造成轧件两侧压下量大

26、，容易产生边部波浪（我们俗称的边松）。如果辊型凸度偏大，压下量无穷大，辊型控制不当、轧制速度过高，冷却润滑剂流量不足等，使轧辊中部热膨胀大，会导致中间压下量大于两边，所以产生中间波浪。在冷轧过程中，最常见的波浪是中间波浪及单边及双边波浪，它们可以是周期性的，或是无规律的。轧件越薄，则波浪表现越明显。波浪进一步扩展，将会造成断带。板形缺陷的产生，是由于沿轧件宽度方向上的延伸不均匀，延伸较大的部分被迫受压，延伸较小的部分被迫受拉。变形越不均匀，轧后轧件内残留的内应力就越大，则板形就越差。要对板形进行有效控制，首先要对板型缺陷的产生原因分析清楚。轧制时为了获得良好的板型，必须保证箔材沿宽度方向各点的

27、纵向延伸相等，或压缩率相等。边部波浪的调整方法：1） 增大轧辊凸度2） 减小道次压下率3） 增大边部冷却油的喷射量4） 适当提高轧制速度及前后张力5） 正弯辊控制与轧制力的调整中部波浪的调整方法：1） 降低轧辊凸度2） 减小道次压下率3） 增大中部冷却油的喷射量4） 适当降低前后张力5） 负弯辊控制与轧制力的调整以上介绍的方法，只是一些原则方法，具体生产过程中，还要根据具体情况，操作手根据自己的经验灵活进行掌握。板型控制技术是铝箔生产的核心技术，它涉及的内容很多，目前国内对于板型理论的研究还在摸索阶段，更多的，是实际操作的经验的积累。目前，国内许多先进的铝箔轧机均配备了先进的板型仪自动控制系统

28、，采用倾斜、弯辊、喷淋自动控制，以先进的技术装备，来提高板型质量。3. 表面质量控制目前用户对铝箔表面质量的要求越来越高，要求表面平整、洁净，无油污、辊眼，辊印，针孔少，因此，表面质量的控制对铝箔生产来讲已经越来越重要。在轧制过程中，要保证箔材的表面质量，在生产过程中，应注意以下几点：1) 保证设备运转正常，尤其是各导辊一定要清洁，清辊器要正常，支承辊、工辊表面状态要良好。出现问题，一定要及时采取措施。2)要坚持首料检查，发现箔材的表面质量问题，要及时采取措施进行处理。3)合理安排道次压下量，控制好各项工艺参数。张力、速度、轧制力要配合好。4)保证生产现场环境的清洁，生产穿料时，不要戴手套，尽

29、量避免辊眼的产生，减少铝箔针孔。 3.3 几何尺寸控制铝箔的几何尺寸包括宽度、 厚度、长度、卷径等，其中对于轧制工序而言，主要是厚度控制。下面就厚度控制做几点说明。轧制产品的出口厚度主要受以下几项因素的影响：1） 坯料的尺寸与性质2） 轧制设备的控制精度3） 轧制工艺条件。下面简要介绍轧制工艺条件对厚度的影响。 张力的影响张力主要是通过影响变形区状态以改变塑性变形抗力来起作用的，张力越大，轧制力越小。张力对产品厚度的影响见图 张力 张力 h2 h1Q2Q1 h2h1图3-1 张力对轧出厚度的影响 从上图可见,在其它条件不变的情况下，张力增大，轧制压力减小，结果轧机的弹性变形减小，使轧出的产品厚度变薄。如张力减小，则效果相反，轧出的产品厚度变厚。因为后张力对变形抗力的影响比前张力大，所以对板厚的影响同样是后张力比前张力大。 为了防止张力的变化而出现的纵向厚度不均，应保证轧制时张力的恒定，或要求张力波动值不超过给定的范围。）轧制速度的影响轧制速度对厚度的影响，在前面所述的速度效应中已经进行了阐述。轧制速度对产品厚度的影响，主要是通过影响摩擦系数、轴承油膜厚度及轧件的变形抗力来改变轧制压下量而起的作用。这里需要说明的是，要保证厚度的均匀，应要保证轧制速度的恒定，或在要求的范围内波动。 润滑条件的影响