鑄軋3003鋁合金箔材制造過程中微觀組織演變及力學(xué)性能研究.pdf

1、3xxx系鋁合金屬于不可熱處理強(qiáng)化型鋁合金，具有適中的強(qiáng)度、優(yōu)異的成型性能及良好的抗腐蝕性能等優(yōu)點(diǎn)，常作為生產(chǎn)半剛性容器鋁箔的原材料。鑄軋法生產(chǎn)鋁合金板材的投資成本低、工藝流程短、生產(chǎn)效率高以及能耗低，近年來已逐漸替代傳統(tǒng)的鑄錠熱軋法來制備3xxx鋁箔毛料。但是，鑄軋的工藝特征決定了所生產(chǎn)的坯料具有組織不均勻、過飽和固溶度高等特點(diǎn)，在后續(xù)的冷軋、中間退火過程中容易產(chǎn)生粗大、不均的晶粒組織，不利于最終箔材的力學(xué)性能和表面質(zhì)量。目前，工業(yè)生

2、產(chǎn)中采用鑄軋坯料生產(chǎn)的鋁箔產(chǎn)品普遍存在延伸率低及表面質(zhì)量難以控制等問題。因此，本課題針對以上技術(shù)難題，選用鑄軋3003鋁合金坯料作為研究對象，系統(tǒng)地研究了鑄軋鋁箔制造的各個工藝環(huán)節(jié)中（預(yù)處理、中間退火及成品退火等）合金微觀組織及力學(xué)性能的變化規(guī)律，力求為鑄軋3xxx鋁箔生產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對鑄軋3003鋁合金板坯進(jìn)行三種預(yù)處理退火（即Ⅰ：460℃/12 h，Ⅱ：610℃/12 h和Ⅲ：610℃/12 h+

3、460℃/12 h），研究了不同預(yù)處理工藝下的鑄軋板坯經(jīng)不同冷軋變形量、不同溫度下退火后的晶粒組織及織構(gòu)的變化規(guī)律。研究表明，在工藝Ⅲ高-低溫預(yù)處理條件下，Mn元素的固溶含量大幅度降低，同時第二相尺寸明顯增加，兩者均有利于提高后續(xù)退火時的再結(jié)晶形核率。隨著變形程度的增加、退火溫度的升高，再結(jié)晶速度加快，析出對再結(jié)晶的影響減小，退火后板材的晶粒尺寸也隨之降低。經(jīng)工藝Ⅲ預(yù)處理后的鑄軋板材在隨后90％變形量、500℃下退火時，在粗大第二相顆粒

4、附近產(chǎn)生了粒子誘發(fā)形核，從而提高了再結(jié)晶形核率，并弱化了再結(jié)晶織構(gòu)；同時該板材在退火過程中幾乎不存在析出，析出相對再結(jié)晶形核的抑制作用可忽略不計；相比而言，該工藝下的板材晶粒尺寸較為細(xì)小，在厚度方向的晶粒大小也非常不均勻，表面和中心的晶粒尺寸分別為94.6μm和32.8μm。⑵將未經(jīng)預(yù)處理的鑄軋3003鋁合金板材直接冷軋后分別進(jìn)行單、雙級中間退火，其中雙級退火包括兩個階段：低溫預(yù)回復(fù)階段（450℃/5 h）+高溫再結(jié)晶階段（530℃/1

5、5 h），探索了預(yù)回復(fù)處理對鑄軋3003板材的再結(jié)晶組織、織構(gòu)及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，預(yù)回復(fù)時在初生相或原始晶界附近形成了2~3μm無析出帶，該區(qū)域內(nèi)的亞晶容易長大成為再結(jié)晶核心，提高了再結(jié)晶形核率；與此同時，預(yù)回復(fù)消耗了大量的形變儲能，降低了晶粒長大的凈驅(qū)動力，減緩了晶粒長大速率。因此雙級退火后的板材晶粒顯著細(xì)化，平均晶粒尺寸約為35.2μm，遠(yuǎn)低于單級退火（未經(jīng)預(yù)回復(fù)處理）后板材的晶粒尺寸（~152.4μm）。此外，預(yù)回復(fù)處理還

6、有效地弱化了鑄軋板材的再結(jié)晶織構(gòu)，消除了板材的平面各向異性。雙級退火后板材的塑性應(yīng)變比各向異性度△r值僅為0.03，遠(yuǎn)低于單級退火后板材的△r值~0.31。⑶將單、雙級中間退火后的板材繼續(xù)進(jìn)行總壓下率為98.6%的冷軋變形，得到厚度為75μm的鋁箔，分別在150~330℃下進(jìn)行成品退火，研究了不同中間退火制度下的箔材在成品退火過程中的再結(jié)晶行為及力學(xué)性能演變規(guī)律。結(jié)果表明，兩種箔材終退火時表現(xiàn)出完全不同的再結(jié)晶行為，致使退火后所得到的晶

7、粒尺寸和織構(gòu)也存在較大的差異。單級中間退火后的箔材發(fā)生了非連續(xù)再結(jié)晶，再結(jié)晶完成后的平均晶粒尺寸為（8.9~16.5）μm，呈現(xiàn)較強(qiáng)的Cube{001}<100>織構(gòu)。而雙級中間退火后的箔材在150~310℃退火過程中則發(fā)生了連續(xù)再結(jié)晶，平均晶粒尺寸僅為（0.95~1.35）μm，織構(gòu)類型未產(chǎn)生變化，仍然保留著軋制織構(gòu)；而繼續(xù)升溫至330℃時，晶粒發(fā)生異常長大，平均晶粒尺寸迅速增加至8.0μm。箔材的塑性隨著鋁箔厚度與晶粒尺寸比值的增加