鋁合金軋制工藝及熱處理研究畢業(yè)論文

1、<p><b>　　京 江 學(xué) 院</b></p><p>　　JINGJIANG COLLEGE OF JIANG SU UNIVERSITY</p><p>　　本 科 畢 業(yè) 論 文</p><p>　　4343鋁合金鑄軋坯及其熱處理工藝研究</p><p>　　4343 Al

2、uminum billet casting and heat treatment process</p><p>　　學(xué)生學(xué)號： 3091107016 </p><p>　　學(xué)生姓名： 沈於鑫 </p><p>　　專業(yè)班級： J成型0901 </p>&l

3、t;p>　　指導(dǎo)教師姓名： 潘秋紅 </p><p>　　指導(dǎo)教師職稱： 副教授 </p><p><b>　　2013年 6月</b></p><p>　　4343鋁合金鑄軋坯及其熱處理工藝研究</p><p>　　專業(yè)班級：J成型0901 學(xué)生

4、姓名：沈於鑫</p><p>　　指導(dǎo)教師：潘秋紅 職稱：副教授</p><p>　　摘要： 4343系A(chǔ)l-Si系合金，該合金有良好的填充性能和釬焊性能。目前，各國通常選用Al一si系合金或Al一si一Mg系合金做為釬劑和釬焊箔的包覆材料。但該系合金的缺點(diǎn)是含有大量的Si元素，在合金中形成的共晶si呈針狀或片狀，會嚴(yán)重?fù)p害合金強(qiáng)度、塑性等力學(xué)性能。其加工坯料以鑄錠

5、熱軋工藝為主，鮮少采用連續(xù)鑄軋供坯。本文以4343鋁合金鑄軋坯為研究對象，通過差熱分析、金相顯微觀察、掃描鏡及EDS分析，對其鑄軋組織和均勻化退火工藝進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。分析4343鋁合金鑄軋組織的特點(diǎn)，并對其退火方案下的樣品進(jìn)行試驗(yàn)分析，優(yōu)化4343鑄軋板坯的退火工藝，滿足冷軋成形工藝的要求。</p><p>　　主要進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：</p><p>　　1、對4343鋁合金進(jìn)行差熱分析，確

6、定其退火溫度界限。</p><p>　　2、對4343鋁合金鑄軋坯同一板面的不同位置取樣，通過光學(xué)顯微鏡對其鑄軋態(tài)組織的形貌、分布對比，確定鑄軋板坯的質(zhì)量對鑄軋板料熱處理制度及中間退火工藝的影響。</p><p>　　3、對板材進(jìn)行多塊取樣，在馬弗爐中進(jìn)行不同制度的均勻化退火,以確定合理的均勻化退火工藝。</p><p>　　4、通過掃描電鏡對不同均勻化退火制度下的

7、樣品的化合物分布、形態(tài)、大小進(jìn)行觀察，確定在不同退火制度下的化合物對鑄軋板料質(zhì)量和性能的影響。</p><p>　　結(jié)果表面: 4343鑄軋坯在同一板面不同部位，由于冷卻強(qiáng)度的差異導(dǎo)致鑄軋態(tài)組織出現(xiàn)變化，只有通過中間均勻化退火消除板面組織不均產(chǎn)生的影響。進(jìn)行不同溫度均勻化退火表明，480～520℃/3h的均勻化退火能不同程度地減少鑄軋坯組織不均的現(xiàn)象，同時化合物分布較為彌散，化合物形貌以片狀的、珊瑚狀的α（Al）

8、+Si（共晶）相化合物為主.最佳均勻化退火制度為520℃/3h。</p><p>　　關(guān)鍵詞:4343鋁合金 鑄軋坯 退火工藝</p><p>　　4343 Aluminum billet casting and heat treatment process</p><p>　　Abstract 4343 series Al-Si alloy, the all

9、oy has excellent filling properties and brazing properties. Currently, countries usually use Al-si alloy or Al-Mg-Si alloy as a flux and brazing foil cladding material. However, the disadvantage of alloy containing Si in

10、 a large number of elements in the alloy to form eutectic si acicular or flake, will seriously damage the alloy strength, ductility and other mechanical properties. Its processing to ingot billet hot rolling process base

11、d, rarely used for</p><p>　　Main experiment were as follows: </p><p>　　1. 4343 aluminum alloy for differential thermal analysis to determine the upper limit of the annealing temperature.</p&g

12、t;<p>　　2. The different location of sampling of 4343 aluminum alloy casting billet with a surface morphology, optical microscope, by comparing the casting microstructure on its distribution, to determine the effe

13、ct of continuous casting slab quality of casting and rolling plate material heat treatment system and intermediate annealing process.</p><p>　　3. For a plurality of sampling on sheet, homogenizing annealing

14、system were different in the muffle furnace, to determine a reasonable homogenizing annealing process.</p><p>　　4. by scanning electron microscopy of different homogenizing annealing system sample compounds,

15、 morphology, size distribution were observed, to determine the influence of compound in different annealing system on casting quality and properties of rolled sheet.</p><p>　　The results showed that: 4343 ca

16、sting billet in different parts of the same surface, because of the difference of cooling intensity leads to casting microstructure change, only through the middle of homogenizing annealing to eliminate the influence of

17、uneven surface tissue produced. Different temperature homogenization annealing shows, homogenizing annealing of 480 ~ 520 ℃ /3h can evidently reduce casting organization rolled billet inequality, while compound distribut

18、ion is more dispersed, compo</p><p>　　Key words：4343 aluminum alloy casting billet rolling annealing process</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　引言………………………………………………………………

19、…………………………6</p><p>　　第一章 緒論………………………………………………………………………………6</p><p>　　1.1鋁及鋁合金的分類……………………………………………………………………7</p><p>　　1.1.1鋁的基本性質(zhì)……………………………………………………………………7</p><p>　　1.1.

20、2鋁硅合金的成分、組織、性能…………………………………………………7</p><p>　　1.1.3鋁合金的應(yīng)用……………………………………………………………………9</p><p>　　1.2鋁合金鑄軋工藝…………………………………………………………………… 10</p><p>　　1.2.1鋁合金鑄軋工藝的特點(diǎn)…………………………………………………………10

21、</p><p>　　1.2.2鋁合金鑄軋研究現(xiàn)狀……………………………………………………………11</p><p>　　1.3鋁合金的熱處理及工藝……………………………………………………………11</p><p>　　1.3.1熱處理目的………………………………………………………………………11</p><p>　　1.3.2退火處理………

22、…………………………………………………………………12</p><p>　　1.3.3固溶處理…………………………………………………………………………12</p><p>　　1.3.4時效處理…………………………………………………………………………12</p><p>　　1.4鋁硅合金的變質(zhì)工藝的研究…………………………………………………………13</p&

23、gt;<p>　　1.4.1鈉（Na）變質(zhì)……………………………………………………………………14</p><p>　　1.4.2鍶（Sr）變質(zhì)……………………………………………………………………14</p><p>　　1.4.3銻（Sb）變質(zhì)……………………………………………………………………15</p><p>　　1.4.4稀土變質(zhì)………………

24、…………………………………………………………15</p><p>　　1.4.5復(fù)合變質(zhì)…………………………………………………………………………16</p><p>　　1.4.6快速冷卻變質(zhì)……………………………………………………………………16</p><p>　　1.4.7其他變質(zhì)方法……………………………………………………………………17</p>

25、<p>　　1.5本論文的主要研究內(nèi)容及研究意義…………………………………………………17</p><p>　　第二章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容……………………………………………………………………… 18</p><p>　　2.1實(shí)驗(yàn)材料的制備………………………………………………………………………18</p><p>　　2.2差熱分析DSC………………………………

26、………………………………………… 18</p><p>　　2.3實(shí)驗(yàn)方案………………………………………………………………………………19</p><p>　　2.4金相實(shí)驗(yàn)………………………………………………………………………………19</p><p>　　2.5掃描電鏡及能譜分析…………………………………………………………………19</p><

27、;p>　　第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析………………………………………………………………20</p><p>　　3.1腐蝕前鑄軋坯金相組織形貌觀察……………………………………………………20</p><p>　　3.2腐蝕后鑄軋坯金相組織形貌觀察……………………………………………………21</p><p>　　3.2.1均勻化退火前鑄軋坯組織………………………………

28、……………………… 22</p><p>　　3.2.2均勻化退火后組織觀察………………………………………………………… 23</p><p>　　3.3掃描電鏡下析出物具體形貌分析……………………………………………………26</p><p>　　3.4鑄軋坯退火制度對鑄軋工藝的影響…………………………………………………27</p><p>

29、　　3.5鑄軋坯退火前后組織形貌對軋制性能的影響………………………………………27</p><p>　　第四章 結(jié)論………………………………………………………………………………29</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………………………30</p><p>　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………

30、……31</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，轎車及運(yùn)輸車等對空調(diào)裝置也提出了越來越高的要求?？照{(diào)裝置已從獨(dú)立的散熱器與制冷裝置，演變成現(xiàn)在能夠選擇內(nèi)、外氣并能調(diào)節(jié)濕度的一體式裝置。熱交換器是汽車空調(diào)系統(tǒng)的重要部件，主要包括暖氣裝置的散熱器和冷凝裝置的冷凝器和蒸發(fā)器。鋁合金具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕性能，在冷凝器的

31、制造行業(yè)中，鋁制冷凝器正在逐步取代原有的不銹鋼和銅制冷凝器 。這種冷凝器廣泛應(yīng)用于汽車及運(yùn)輸車等發(fā)動機(jī)水冷以及中型空調(diào)的冷卻，是保證正常工作的關(guān)鍵部件之一，因此焊接質(zhì)量尤其重要 。復(fù)合鋁合金材料因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)逐漸應(yīng)用到冷凝器的制造中，這又對其焊接提出了新的要求，本文就是來研究汽車?yán)淠b置上的熱交換器釬焊層中廣泛應(yīng)用的4343鋁合金。做為一個包覆層要具有低熔點(diǎn)，凝固范圍窄，流動性好，優(yōu)良的耐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，還要有利于焊縫凝固時的補(bǔ)縮和減少裂紋

32、等。</p><p><b>　　第一章：緒論</b></p><p>　　1.1 鋁及鋁合金的分類 </p><p>　　純鋁具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、抗腐蝕性能好，尤其是鋁合金密度小、力學(xué)性能好，因此廣泛的應(yīng)用于交通、機(jī)械、化工、建筑等行業(yè)。</p><p>　　合金按加工方法可以分為形變鋁合金和鑄造鋁

33、合金。形變鋁合金又分為不可熱處理強(qiáng)化型鋁合金和可熱處理強(qiáng)化型鋁合金。不可熱處理強(qiáng)化型不能通過熱處理來提高機(jī)械性能，只能通過冷加工變形來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化，它主要包括高純鋁、工業(yè)高純鋁、工業(yè)純鋁以及防銹鋁等?？蔁崽幚韽?qiáng)化型鋁合金可以通過淬火和時效等熱處理手段來提高機(jī)械性能，它可分為硬鋁、鍛鋁、超硬鋁和特殊鋁合金等。</p><p>　　圖1 鋁及鋁合金分類</p><p>　　一些鋁合金可以采用熱處理

34、獲得良好的機(jī)械性能，物理性能和抗腐蝕性能。鑄造鋁合金按化學(xué)成分可分為鋁硅合金，鋁銅合金，鋁鎂合金，鋁鋅合金和鋁稀土合金，其中鋁硅合金又有簡單鋁硅合金（不能熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能較低，鑄造性能好），特殊鋁硅合金（可熱處理強(qiáng)化，力學(xué)性能較高，鑄造性能良好）。</p><p>　　1.1.1鋁的基本性質(zhì)</p><p>　　鋁的化學(xué)符號為A1,原子序數(shù)13,原子量26.981539,屬周期系III

35、A族。在地殼中的含量為8%,僅次于氧和硅。它廣泛分布于巖石、泥土和動、植物體內(nèi)。巖石中的鋁主要以硅酸的形式存在。</p><p>　　鋁為銀白色的輕金屬,熔點(diǎn)660.37°C,沸點(diǎn)2467°C,相對密度2.702。鋁為面心立方結(jié)構(gòu)【1】。純鋁較軟,其強(qiáng)度依賴于它的純度。鋁具有良好的延展性。硅、銅、鐵、鋅、錫、鎂、錳等金屬易溶于熔融鋁中形成相應(yīng)的合金；氫是能溶于鋁中的唯一氣體,其溶解度隨溫度升高

36、而增大,但在金屬凝結(jié)時接近于零。鋁具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。純鋁的電導(dǎo)率是退火銅的64%。溫度在50k以下時電阻率小于極純的銅和銀,在1.2K以下可變?yōu)槌瑢?dǎo)體。</p><p>　　1.1.2 鋁硅合金的成分、組織、性能</p><p>　　鋁硅二元合金具有簡單的共晶型相圖,共晶成分在Si12.6%,亞共晶成分在Si1.65%,共晶成分為α（Al）和β（Si)兩種相，亞共晶合金組織由α（A

37、l）+共晶體（α+β），過共晶體由β（Si)+共晶體（α+β）。</p><p>　　由于結(jié)晶硅帶入微量磷使亞共晶合金中出現(xiàn)初晶硅，并使共晶硅形成粗大的斑片狀。</p><p>　　由Al-Si二元相圖，含Si16%-18%處有流動峰值。</p><p><b>　　圖2 鋁硅合金相圖</b></p><p>　　共晶型

38、Al-Si二元合金鑄造性能優(yōu)良，但力學(xué)性能不高，故只能用于壓鑄、擠壓鑄造等高速冷卻的鑄造方法；對于低速冷卻的鑄造方法必須進(jìn)行變質(zhì)處理，細(xì)化共晶硅，以獲得足夠的力學(xué)性能。鋁與共晶硅的切削性能不好，除了進(jìn)行變質(zhì)處理，細(xì)化共晶硅、初晶硅，還可加入鉍、鉛等易切削元素。對于砂型鑄造，石膏型鑄造等冷卻速度慢的鑄造方法，必須進(jìn)行變質(zhì)處理，細(xì)化共晶硅，以獲得足夠的力學(xué)性能。</p><p>　　細(xì)化共晶硅的變質(zhì)處理不能同時細(xì)化初

39、晶硅，對于有大量初晶硅的過共晶合金，必須采用加磷細(xì)化初晶硅，提高力學(xué)性能。 </p><p>　　鋁的塑性大，切削時需消耗很大的功，隨硅量增加，共晶體增多，切削功可減小，但共晶硅硬度高，易磨損刀具，尤其是有粗大初晶硅的過共晶合金，刀具磨損更嚴(yán)重，被加工的表面很毛糙。為改善切削加工性能，除進(jìn)行相應(yīng)的變質(zhì)處理，細(xì)化共晶硅、初晶硅外，可加入鉍、鉛等易切削元素;對過共晶合金可采用鑲嵌鉆石刀具，選擇最佳切削速度和合適的切削

40、液等，也能獲得光潔的加工表面。 </p><p>　　綜上所述，為了兼顧合金的各種服役性能和工藝性能，鋁硅類合金的含硅量一般為7%-12%。</p><p>　　1.1.3鋁合金的應(yīng)用</p><p>　　鋁合金仍然保持了質(zhì)輕的特點(diǎn),但機(jī)械性能明顯提高。鋁合金材料的應(yīng)用有以下三個方面:一是作為受力構(gòu)件;二是作為門、窗、管、蓋、殼等材料;三是作為裝飾和絕熱材料。利用鋁

41、合金陽極氧化處理后可以進(jìn)行著色的特點(diǎn),制成各種裝飾品。鋁合金板材、型材表面可以進(jìn)行防腐、軋花、涂裝、印刷等二次加工,制成各種裝飾板材、型材,作為裝飾材料。</p><p>　　鋁合金具有密度小,導(dǎo)熱性好,易于成形,價格低廉等特點(diǎn),已廣泛應(yīng)用與航空航天、交通運(yùn)輸、輕工建材等部門,是輕金屬中應(yīng)用最廣、用量最多的合金。隨著電力工業(yè)的發(fā)展和冶煉技術(shù)的突破,其性價比大為提高,目前交通運(yùn)輸業(yè)已成為鋁合金材料的第一大用戶。隨著

42、交通運(yùn)輸業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快,鋁及鋁合金材料在交通運(yùn)輸航空航天和汽車三大領(lǐng)域的應(yīng)用將日益增加。</p><p>　　鋁合金是亞音速飛機(jī)的主要用材,目前民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的用量為70%-80%,其中僅鋁合金柳丁一項(xiàng),每架飛機(jī)就有40-150萬個;據(jù)波音飛機(jī)公司的統(tǒng)計(jì),制造各類民用飛機(jī)31.6萬架,共用招材7100千噸,平均每架用鋁2噸。鋁制零部件在先進(jìn)軍用飛機(jī)中的比例雖低一些,但仍占其自身總質(zhì)量的40%-60%。據(jù)預(yù)測,

43、2010年全球航空航天鋁材的消費(fèi)量可達(dá)60萬噸,年平均增長率為4.5%。</p><p>　　汽車用鋁合金材料的3/4為鑄造鋁合金,主要是發(fā)動機(jī)部件,傳動系部件和地盤行走系零部件。變形鋁合金主要用于熱交換器系統(tǒng),車身系部件。預(yù)計(jì)10年內(nèi)95%的氣虹蓋和50%的轎車發(fā)動機(jī)汽缸將用鋁合金制造,輕型貨車目標(biāo)分別達(dá)到60%和25%水平。鋁基復(fù)合材料在某些范圍內(nèi)代替鋁合金、鋼和陶瓷等傳統(tǒng)的汽車材料,用于汽車關(guān)鍵零件,特別是

44、高速運(yùn)動的零件,對減少質(zhì)量、減少運(yùn)動慣性、降低油耗、改善排放和提高汽車綜合性能等方面具有非常積極的作用,在汽車領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景【2】。</p><p>　　1.2鋁合金的鑄軋工藝</p><p>　　連續(xù)鑄軋將鋁帶材成形工藝中的鑄造和軋制合二為一，很大程度上縮短了生產(chǎn)流程和生產(chǎn)周期，已經(jīng)成為鋁加工生產(chǎn)帶坯的主要方式之一。鑄軋過程中金屬從熔融狀態(tài)經(jīng)兩個相向旋轉(zhuǎn)并通有內(nèi)部循環(huán)冷卻水的軋輥

45、在35—95mm的鑄軋區(qū)內(nèi)，0.1～1.0s左右的時間里面強(qiáng)制冷卻而凝固結(jié)晶，最后被軋制成形。</p><p>　　圖3 鑄軋生產(chǎn)工藝流程圖</p><p>　　1-除氣系統(tǒng)；2-過濾系統(tǒng)；3-液面控制系統(tǒng)；4-鑄嘴；</p><p>　　5-鑄軋機(jī)；6-噴涂系統(tǒng)；7-剪切機(jī)；8-板卷；</p><p><b>　　圖4 鑄軋示意圖

46、</b></p><p>　　1.2.1鋁合金的鑄軋?zhí)攸c(diǎn)</p><p>　　鋁合金鑄軋工藝是把熔融金屬通過鑄嘴澆入鑄軋輥之間,在輥縫中完成澆鑄、冷卻、結(jié)晶、凝固、軋制和出坯這一系列的工藝過程【3】。該技術(shù)的特點(diǎn)是金屬凝固和軋制變形同時進(jìn)行,液態(tài)金屬在結(jié)晶凝固時同時承受壓力加工和塑性變形,在很短時間內(nèi)完成從液態(tài)金屬到固態(tài)薄帶的全部過程【4】。相對于傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝,雙棍鑄軋具有下

47、列優(yōu)點(diǎn):</p><p>　?。?）簡化了生產(chǎn)工序,減少了廢料重溶,節(jié)省大量能源,成材率高；</p><p>　?。?）設(shè)備簡單集中,投資少,占地面積小,建造速度快,生產(chǎn)成本低；</p><p>　?。?）可連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行生產(chǎn),簡化了生產(chǎn)工藝,縮短了生產(chǎn)周期,生產(chǎn)效率大大提高,且便于實(shí)現(xiàn)自動化；</p><p>　　（4）液態(tài)金屬在雙輥鑄軋過

48、程中實(shí)現(xiàn)了快速凝固,促進(jìn)了亞穩(wěn)相的形成,擴(kuò)大固溶度,細(xì)化了組織,從而大大改善了材料性能；</p><p>　?。?）此外,利用薄帶鑄軋技術(shù)的快速凝固特點(diǎn),還可以生產(chǎn)出傳統(tǒng)工藝難以禮制的材料以及具有特殊性能的新材料。</p><p>　　1.2.2鋁合金的鑄軋研究現(xiàn)狀</p><p>　　鋁合金鑄軋技術(shù)工藝方案因結(jié)晶器的不同而分為輥式、帶式與輥帶式等,其中研究最多、進(jìn)

49、展最快、最具發(fā)展前途的當(dāng)屬雙輥薄帶鑄軋技術(shù)【4】。早在1846年,英國人亨利·貝塞麥(Henry Bessemer)首次提出了從旋轉(zhuǎn)著的兩個軋輥上方輥縫注入金屬溶體生產(chǎn)鑄坯的設(shè)想,它是鑄造、凝固和軋制過程同時在一臺軋機(jī)上一次完成的無錠軋制模型,但經(jīng)過多年的努力都未獲成功。從那時起,雙輥鑄軋金屬的工業(yè)化生產(chǎn)一直是各國金屬工作者夢寐以求的目標(biāo)【5】。二十世紀(jì)50年代美國亨特·道格拉斯(Hunter Douglas)公司和

50、法國彼涅公司最先研制出雙輥式鑄軋機(jī),并首次成功的鑄軋了鋁帶坯,到1990年世界上約有20%的鋁軋制產(chǎn)品的坯料是由鑄軋法生產(chǎn)出來的,如今雙輥式鑄軋已經(jīng)成為生產(chǎn)薄鋁板的主要方法之一【6-9】。自從1956年美國哈茲利特(Hazelett)公司雙輥帶式連續(xù)鑄造機(jī)成功地生產(chǎn)出了可連續(xù)進(jìn)行熱軋的厚帶坯后,有許多的學(xué)者將目光投向了鋼材、鋁鎂輕合金的雙輥鑄軋生產(chǎn)當(dāng)中,以便用更快的速度生產(chǎn)更高質(zhì)量的薄帶,目前,己經(jīng)能運(yùn)用該技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室或工廠中鑄軋厚l-

51、3mm的不繡鋼、硅鋼、高速鋼薄帶【3】。</p><p>　　1.3 鋁合金的熱處理及工藝</p><p>　　1.3.1熱處理目的：</p><p>　　熱處理的目的大致有以下幾個方面： （1）充分提高鑄件的機(jī)械性能，保證一定的塑性，提高合金抗拉強(qiáng)度和硬度，改善合金的切削加工性能等； （2）消除由于鑄件壁厚不均勻、快速冷卻等所造成的內(nèi)應(yīng)力； （3）穩(wěn)定鑄件的尺寸和

52、組織，防止和消除因高溫引起相變產(chǎn)生體積脹大現(xiàn)象； （4）消除偏析和針狀組織，改善合金的組織和機(jī)械性能。</p><p><b>　　1.3.2退火處理</b></p><p>　　退火：產(chǎn)品加熱到一定溫度并保溫到一定時間后以一定的冷卻速度冷卻到室溫。通過原子擴(kuò)散、遷移，使之組織更加均勻、穩(wěn)定，內(nèi)應(yīng)力消除，可大大提高材料的塑性，但強(qiáng)度會降低。</p>&l

53、t;p>　?。?）鑄錠均勻化退火：在高溫下長期保溫，然后以一定速度（高、中、低、慢）冷卻，使鑄錠化學(xué)成分、組織與性能均勻化，可提高材料塑性20%左右，降低擠壓力20%左右，提高擠壓速度15%左右，同時使材料表面處理質(zhì)量提高。 （2）中間退火：又稱局部退火或工序間退火，是

54、為了提高材料的塑性，消除材料內(nèi)部加工應(yīng)力，在較低的溫度下保溫較短的時間，以利于續(xù)繼加工或獲得某種性能的組合。 </p><p>　　（3）完全退火：又稱成品退火，是在較高溫度下，保溫一定時間，以獲得完全再結(jié)晶狀態(tài)下的軟化組織，具有最好的塑性和較低的強(qiáng)度。</p><p><b>　　1.3.3固溶處理</b></p><p>　　固溶淬火處

55、理：將可熱處理強(qiáng)化的鋁合金材料加熱到較高的溫度并保持一定的時間，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到鋁基體中，形成過飽和固溶體，然后以快冷的方法將這種過飽和固溶體保持到室溫，它是一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，因處于高能位狀態(tài)，溶質(zhì)原子隨時有析出的可能。但此時材料塑性較高，可進(jìn)行冷加工或矯直工序。 </p><p>　?。?）在線淬火：對于一些淬火敏感性不高的合金材料，可利用擠壓時高溫進(jìn)行固溶，然后用空冷（T5）或用水霧

56、冷卻（T6）進(jìn)行淬火以獲得一定的組織和性能。</p><p>　?。?）離線淬火：對于一些淬火敏感性高的合金材料必須在專門的熱處理爐中重新加熱到較高的溫度并保溫一定時間，然后以不大于15秒的轉(zhuǎn)移時間淬入水中或油中，以獲得一定的組織和性能，根據(jù)設(shè)備不同可分為鹽浴淬火、空氣淬火、立式淬火、臥式淬火。</p><p><b>　　1.3.4時效處理</b></p>

57、;<p>　　時效：經(jīng)固溶淬火后的材料，在室溫或較高溫度下保持一段時間，不穩(wěn)定的過飽和固溶體會進(jìn)行分解，第二相粒子會從過飽和固溶體中析出（或沉淀），分布在α（Al）鋁晶粒周邊，從而產(chǎn)生強(qiáng)化作用稱之為析出（沉淀）強(qiáng)化。自然時效：有的合金（如2024等）可在室溫下產(chǎn)生析出強(qiáng)化作用，叫做自然時效。人工時效：有些合金（如7075等）在室溫下析出了強(qiáng)化不明顯，而在較高溫度下的析出強(qiáng)化效果明顯，稱為人工時效。人工時效可分為欠時效和過時

58、效。 </p><p>　?。?）欠時效：為了獲得某種性能，控制較低的時效溫度和保持較短的時效時間。 </p><p>　?。?）過時效：為了獲得某些特殊性能和較好的綜合性能，在較高的溫度下或保溫較長的時間狀態(tài)下進(jìn)行的時效。 </p><p>　?。?）多級時效：為了獲得某些特殊性能和良好的綜合性能，將時效過程分為幾個階段進(jìn)行?？煞譃槎A段、三階段時效。

59、</p><p>　　1.4鋁硅合金的變質(zhì)工藝的研究</p><p>　　鋁硅合金是典型的不規(guī)則共晶,未變質(zhì)共晶硅形貌為粗大的片狀或針狀,而且較脆,受力過程中容易割裂基體降低合金的強(qiáng)度尤其是延伸率。為了獲得較好的綜合性能,鋁硅合金通常要進(jìn)行變質(zhì)處理,改善共晶硅的形貌,鋁硅合金的變質(zhì)過程就是共晶硅由大的片層狀向多分支的纖維狀或細(xì)化的層片狀轉(zhuǎn)變,使共晶硅更均勻的分布在軟韌相的 α(Al)基體中

60、。</p><p>　　亞共晶鋁硅合金變質(zhì)主要通過三種方式獲得,一是化學(xué)變質(zhì),通過添加適量變質(zhì)劑影響共晶硅的形核和長大過程；二是合金熔體的快冷,提高共晶硅的長大速度；最后是超聲處理和過熱處理等其他方法【10】。由于操作簡單、成本較低等優(yōu)點(diǎn),工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的是化學(xué)變質(zhì)方法【11】,迄今已發(fā)現(xiàn)的變質(zhì)元素有堿金屬中的K,Na,堿土金屬中的Ca、Sr、Ba,稀土元素Eu、La、Ce、RE(混合稀土),氮族元素Sb、Bi

61、、氧族元素S、Te 等。其中最常用的有Na、Sr、Sb三種元素,而 Na和Sr 變質(zhì)合金可以獲得均勻的纖維狀共晶硅,Sb變質(zhì)合金則得到片層狀共晶硅,典型組織如圖5所示。</p><p>　　圖5 變質(zhì)亞共晶合金共晶硅形貌對比</p><p>　　1.4.1鈉(Na)變質(zhì)</p><p>　　自從1920 年 Pacz【12】發(fā)現(xiàn)Na及Na鹽可以變質(zhì)共晶硅后,鋁硅合金

62、的性能有很大提高,鋁硅合金已經(jīng)發(fā)展成為最主要的結(jié)構(gòu)材料之一。關(guān)于Na的變質(zhì)研究者先后提出了諸多理論加以解釋，現(xiàn)在 Na 鹽變質(zhì)共晶硅相主要遵循孿晶凹槽機(jī)制(Twin plane reentrant edges, TPRE 機(jī)制),Na 鹽的變質(zhì)作用主要體現(xiàn)在不斷地封鎖孿晶凹槽,促使硅相改變生長方向,結(jié)果導(dǎo)致硅相的細(xì)化、分枝和形態(tài)趨于球化。</p><p>　　Na 的變質(zhì)能力最強(qiáng),應(yīng)用最早也最廣泛。加入較小的量(

63、0.005～0.01wt.%),即可把共晶硅相從片狀或針狀變質(zhì)成為完全均勻的纖維狀,工藝成熟,變質(zhì)效果受其他條件影響小,沒有變質(zhì)孕育期,對鑄件冷卻速度不敏感,使用方便。但是 Na 由于揮發(fā)燒損而使得變質(zhì)時間短易衰退,重熔后變質(zhì)效果較差；Na 的吸收率低,加入量難以控制,添加過程中產(chǎn)生煙霧污染環(huán)境；Na 變質(zhì)容易增加熔體吸氣傾向合金組織氣孔數(shù)量增多,同時易腐蝕工具和設(shè)備等缺點(diǎn)；另外,Na 含量超過 0.02wt.%就會產(chǎn)生過變質(zhì)現(xiàn)象,導(dǎo)致

64、合金力學(xué)性能大幅下降。</p><p>　　1.4.2 鍶(Sr)變質(zhì)</p><p>　　Sr具有與Na相似的變質(zhì)作用,可以變質(zhì)共晶硅為纖維狀，Sr又是一種長效變質(zhì)劑,變質(zhì)孕育期為 30～40min,變質(zhì)有效期長達(dá) 5～7h,可以反復(fù)重熔。另外,Sr 變質(zhì)通常以 Al-10Sr 中間合金的形式加入,其熔化范圍在 654～770e之間,易于被鋁液吸收,回收率可達(dá) 70%～80%,加入量容

65、易控制。同時Sr變質(zhì)過程中不產(chǎn)生有害氣體,不腐蝕設(shè)備,所以現(xiàn)在已經(jīng)逐漸取代 Na,是目前應(yīng)用廣泛的變質(zhì)劑【12】。</p><p>　　但用 Sr 作變質(zhì)劑時不宜采用氯氣或氯鹽進(jìn)行精煉處理,Sr 容易燒損,降低Sr的變質(zhì)效果,最好采用通氬氣、氮?dú)饣蛘婵粘龤獾姆椒ň珶挕?3】。Sr 變質(zhì)合金熔體吸氣傾向增加,顯著提高鑄件的針孔度,降低合金的密度,氣孔和氧化夾雜等缺陷嚴(yán)重【14】,經(jīng)過熔體處理后仍有 Al2SrO3

66、夾雜【15】,變質(zhì)效果降低。另外,Sr 的價格相對較高,變質(zhì)效果對鑄件冷卻速度也很敏感。</p><p>　　Liao 等【16】分析了變質(zhì)劑Sr和變質(zhì)劑B的相互影響,隨Sr含量提高合金細(xì)化效果降低,同時容易形成SrB 化合物,超過一定量后降低了細(xì)化變質(zhì)效果。Nogita 等【17】在 Al-10wt.%Si 合金中也得到類似的結(jié)果,隨B含量增加Sr的有效含量降低,降低共晶硅變質(zhì)效果。</p>&l

67、t;p>　　1.4.3 銻(Sb)變質(zhì)</p><p>　　Sb對亞共晶鋁硅合金的變質(zhì)作用已經(jīng)得到證實(shí),尤其是變質(zhì)的長效性、低氣孔率進(jìn)一步增加了Sb變質(zhì)的使用價值【18】。Sb 對共晶硅有變質(zhì)作用,具有長效性,但只適合于亞共晶鋁硅合金,而且其對金屬型和砂型壁厚不大的鑄件都有較好的變質(zhì)效果,但對緩冷的厚壁砂型鑄件變質(zhì)效果不明顯。 </p><p>　　Sb變質(zhì)只能細(xì)化共晶硅,其形貌仍

68、為針狀或?qū)悠瑺?其變質(zhì)效果不如Na和 Sr【19】。李會玲【20】研究了Sb在鑄造Al-Si合金中的行為,加入適量的 Sb 元素,可以獲得典型的 α(Al)枝晶組織和點(diǎn)狀的共晶硅顆粒。Sb變質(zhì)受冷卻速度的影響較大,所以使用上受到一定限制,但是Sb變質(zhì)效果基本不受熔體保溫時間、重熔的影響,也不增大鋁液的吸氣與氧化夾雜傾向。</p><p><b>　　1.4.4稀土變質(zhì)</b></p&g

69、t;<p>　　國內(nèi)外大量研究表明,稀土可以細(xì)化或變質(zhì)鋁硅合金中粗大片層狀共晶硅,從而改善合金的性能，而且稀土的變質(zhì)作用具有相對長效性和重熔穩(wěn)定性,其變質(zhì)效果可維持 5～7 小時【21】。張啟運(yùn)【22】等對單一稀土變質(zhì)共晶硅進(jìn)行了系統(tǒng)的研究(圖6),發(fā)現(xiàn) Eu 具有最強(qiáng)的變質(zhì)能力,La 次之,Ce、Pr、Nd 和混合稀土的變質(zhì)能力略低于 La,而Er和Y的變質(zhì)能力很弱,同時預(yù)測Yb具有與Eu類似的變質(zhì)能力。</p&g

70、t;<p>　　圖6 稀土變質(zhì)共晶硅形貌</p><p>　?。╝）0wt.%,(b) La,(c) Ce,(d) Pr,(e)Sm,(f)Eu,(g)Gd,(h)Y</p><p>　　此外,稀土在鋁合金中還可以起到除渣除氣作用,尤其是對合金熔體中的氫含量有強(qiáng)烈的出其作用【23】,使鑄造鋁合金的工藝性能得到很大的改善,特別適合于再生鑄造鋁合金的生產(chǎn)過程【24】。但是稀土變質(zhì)

71、的效果不如Sr和Na,難以獲得較好的變質(zhì)效果【25】,共晶硅為細(xì)化的片層狀,與Sb變質(zhì)類似。</p><p><b>　　1.4.5復(fù)合變質(zhì)</b></p><p>　　Na、Sr、Sb或稀土都可以對共晶硅產(chǎn)生細(xì)化或變質(zhì)作用,但是單一變質(zhì)也都具有一些本身的局限性,這樣就使得單一變質(zhì)總難以達(dá)到最佳的綜合效果。因此,為了克服單一變質(zhì)劑自身的缺點(diǎn),同時又能充分發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn),

72、即探索合金熔體的復(fù)合變質(zhì)處理方法,成為了鋁合金研究領(lǐng)域的一個重要方向。</p><p>　　歐陽志英【26】系統(tǒng)研究了復(fù)合變質(zhì)對過共晶和亞共晶鋁硅合金的變質(zhì)作用,結(jié)果表明稀土的添加可以強(qiáng)化 P、Sr 和Sb的變質(zhì)效果,復(fù)合變質(zhì)可以進(jìn)一步提高初生硅的細(xì)化和共晶硅的變質(zhì)。但也有人認(rèn)為混合稀土的加入在某種程度上消弱了Sr的變質(zhì)作用【27】。Lu 等【28】發(fā)現(xiàn) Na+Sr的復(fù)合變質(zhì)并沒有進(jìn)一步提高共晶硅的變質(zhì)效果,與單

73、一Na或Sr變質(zhì)相比,復(fù)合變質(zhì)后共晶硅尺寸有所增加,主要原因是復(fù)合添加后產(chǎn)生Na和Sr化合物,降低了變質(zhì)效果。</p><p>　　1.4.6 快速冷卻變質(zhì)</p><p>　　快速冷卻通過提高合金熔體凝固的冷卻速率使液態(tài)金屬獲得較大的過冷度,增加形核速率細(xì)化共晶硅【29】。T. Hosch【30】等研究了生長速度對共晶形貌的影響,如圖 7所示,結(jié)果表明共晶硅在較大生長速度下可以由粗大片層

74、狀轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維狀。</p><p>　　圖7 不同生長速度時的共晶硅形貌</p><p>　　未變質(zhì)共晶硅為典型的粗大片層狀或針狀,最初共晶硅被認(rèn)為是孤立的,但是隨著研究的深入發(fā)現(xiàn)共晶硅具有三維的立體片層結(jié)構(gòu),快淬變質(zhì)后共晶硅向纖維狀轉(zhuǎn)變【21】。該方法可達(dá)到很好的細(xì)化效果,甚至達(dá)到微晶或納米晶,但生產(chǎn)試件尺寸小,控制困難,晶粒內(nèi)應(yīng)力較大?？炖渥冑|(zhì)共晶硅呈細(xì)化的纖維狀,但是與化學(xué)變質(zhì)不同,快

75、冷變質(zhì)共晶硅沒有高密度的孿晶。</p><p>　　1.4.7其他變質(zhì)方法</p><p>　　亞共晶鋁硅合金的變質(zhì)處理還包括電磁攪拌【31】、超聲處理【32】、機(jī)械振動和過熱處理等。其中機(jī)械振動和超聲處理屬于動力學(xué)方法,該方法需要特殊設(shè)備,同時共晶硅只產(chǎn)生細(xì)化,不能產(chǎn)生明顯的變質(zhì)效果。電磁攪拌通過對Al-Si 合金熔體施加一個電場,使熔體中不同組分的原子集團(tuán)產(chǎn)生不同程度的遷移,由遷移而產(chǎn)

76、生的摩擦力以及電場對原子集團(tuán)周圍電子云屏蔽作用削減,可使熔體中的原子集團(tuán)減小,從而提高了凝固過冷度,增大形核率。過熱處理可以消除合金熔體中的潛在異質(zhì)形核質(zhì)點(diǎn)或Si-Si原子團(tuán)簇,抑制了共晶硅的形核,細(xì)化共晶硅。</p><p>　　1.5本論文的主要研究內(nèi)容及研究意義</p><p>　　本文以4343鋁合金為研究對象，通過對鑄軋坯的均勻化退火工藝研究，觀察其顯微組織的形狀及析出物分布情況

77、的變化，通過對比分析以確定合適的退火溫度；，分析不同的退火溫度對鑄軋坯料組織性能的影響。從而判斷并總結(jié)出合理退火工藝，以得到最優(yōu)化的生產(chǎn)工藝。</p><p><b>　　主要研究內(nèi)容：</b></p><p>　　對5塊相同材料不同部位鑄軋坯料進(jìn)行3種溫度的退火實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行金相實(shí)驗(yàn)，觀察其顯微組織。</p><p>　　對4343鑄軋坯料的鑄軋

78、工藝研究，和熱處理退火研究，從而得出改善組織中巨大析出物和初晶硅聚集等問題的解決方法。</p><p>　　通過掃描電鏡的觀察分析對比，得出最好的應(yīng)對鑄軋坯料組織性能缺陷的方法。</p><p><b>　　第二章：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p>　　2.1實(shí)驗(yàn)材料的制備</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)材料采用某鋁加工廠生

79、產(chǎn)的厚度為7.4mm鋁合金鑄軋板坯樣品。其化學(xué)成分見表1。將其橫向截取，分成5塊，分別編號1，2，3，4，5，代表邊1，肋2，中3，肋4.邊5。在5塊樣上分別取4小塊，每塊大小平均為20mm X 10mm X 7.4mm。分別編號1-1、1-2、1-3、1-4，2-1、2-2、2-3、2-4，3-1、3-2、3-3、3-4，4-1、4-2、4-3、4-4，5-1、5-2、5-3、5-4。取其中1-1、2-1、3-1、4-1、5-1為對照

80、樣品，其余20個樣品進(jìn)行退火實(shí)驗(yàn)處理。取相同材料的鋁合金鑄軋板坯冷軋至5.5mm板材2塊，每塊上取2個樣品，分別進(jìn)行平行軋制方向和垂直軋制方向的面進(jìn)行處理制樣。</p><p>　　表1 4343鋁合金的化學(xué)成分（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）</p><p>　　2.2差熱分析DSC</p><p>　　通過差熱分析儀來確定4343鋁合金的熔點(diǎn)，用來制定合理的均勻化退火制度。差熱

81、分析儀原理：將待測試樣和參比物（熱惰性物質(zhì)）置于同一條件的爐體中，按給定程序等速升溫或降溫，當(dāng)加熱試樣在不同溫度下產(chǎn)生物理、化學(xué)性質(zhì)的變化（如相變，結(jié)晶構(gòu)造轉(zhuǎn)變，結(jié)晶作用，沸騰，升華，氣化，熔融，脫水，分解，氧化，還原……及其他反應(yīng)）時，伴隨吸熱或放熱，試樣自身的溫度低于或高于參比物質(zhì)的溫度，即兩者之間產(chǎn)生溫差。溫差的大?。ǚ磻?yīng)前和反應(yīng)后二者的溫差為零）和極性由熱電偶檢測，并轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)放大器放大輸入記錄儀，記錄下的曲線即為差熱曲線。

82、差熱分析儀是研究細(xì)小的粘土礦物和含水礦物的必不可少的工具。</p><p>　　圖8 差熱分析4343鋁合金熔點(diǎn)溫度</p><p><b>　　2.3實(shí)驗(yàn)方案</b></p><p>　?。?）對鑄軋坯同一板面的5個部位分別取1號樣進(jìn)行組織形貌分析。</p><p>　?。?）對5塊樣中剩下的2，3，4號小樣進(jìn)行退火實(shí)

83、驗(yàn)，對厚度7.4mm的3塊小樣分別進(jìn)行480℃、500℃、520℃三種不同溫度的均勻化退火，實(shí)驗(yàn)在馬弗爐中進(jìn)行，保溫時間3小時。</p><p>　?。?）對以上方案制備的試樣處理后，通過分析顯微學(xué)光鏡觀察其組織形貌并分析確定均勻化退火方案。</p><p>　　（4）通過掃描電鏡觀察組織形貌并分析確定退火方案。</p><p><b>　　2.4金相實(shí)驗(yàn)

84、</b></p><p>　　金相樣品的制備及觀察過程為:</p><p>　　制樣：取樣后前期經(jīng)過320、400、600、800、1000這5種砂紙從粗到細(xì)磨光。</p><p>　　拋光：為了使磨面成為無劃痕的光滑面,試樣先用Cr20:水溶液配合硬拋光布粗拋,然后用W1.5金剛石拋光劑配合軟拋光布細(xì)拋。</p><p>　　電

85、解拋光：參照GB/T3246.1—2000《變形鋁及鋁合金制品顯微組織檢驗(yàn)方法》，拋光液成分為10%高氯酸 + 90%無水乙醇混合液，拋光電壓28—30V，時間3S，電解液溫度低于40℃。拋光后用酒精沖洗，吹干。 </p><p>　　拍照：在光學(xué)顯微鏡電觀察化合物分布狀況以及具體化合物形態(tài)。</p><p>　　2.5掃描電鏡及能譜分析</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)

86、材料組織分析及物相成分分析在Sirion型場發(fā)射掃描電鏡上進(jìn)行(EDX),能譜分析儀為GENESIS60S。</p><p>　　掃描電鏡的工作原理：右掃描電鏡由最上邊電子槍發(fā)射出來的電子束，經(jīng)柵極聚焦后，在加速電壓作用下，經(jīng)過二至三個電磁透鏡所組成的電子光學(xué)系統(tǒng)，電子束會聚成一個細(xì)的電子束聚焦在樣品表面。在末級透鏡上邊裝有掃描線圈，在它的作用下使電子束在樣品表面掃描。由于高能電子束與樣品物質(zhì)的交互作用，結(jié)果產(chǎn)生

87、了各種信息：二次電子、背反射電子、吸收電子、X射線、俄歇電子、陰極發(fā)光和透射電子等。這些信號被相應(yīng)的接收器接收，經(jīng)放大后送到顯像管的柵極上，調(diào)制顯像管的亮度。由于經(jīng)過掃描線圈上的電流是與顯像管相應(yīng)的亮度一一對應(yīng)，也就是說，電子束打到樣品上一點(diǎn)時，在顯像管熒光屏上就出現(xiàn)一個亮點(diǎn)。掃描電鏡就是這樣采用逐點(diǎn)成像的方法，把樣品表面不同的特征，按順序，成比例地轉(zhuǎn)換為視頻信號，完成一幀圖像，從而使我們在熒光屏上觀察到樣品表面的各種特征圖像。<

88、/p><p>　　能譜分析儀工作原理：各種元素具有自己的X射線特征波長，特征波長的大小則取決于能級躍遷過程中釋放出的特征能量△E，能譜儀就是利用不同元素X射線光子特征能量不同這一特點(diǎn)來進(jìn)行成分分析的。當(dāng)光子進(jìn)入檢測器后，在Si（Li）晶體內(nèi)激發(fā)出一定數(shù)目的電子空穴對。產(chǎn)生一個空穴對的最低平均能量ε是一定的（在低溫下平均為3.8ev），因此由一個X射線光子造成的空穴對的數(shù)目N=△E/ε。入射X射線光子的能量越高，N就越

89、大。利用加在晶體兩端的偏壓收集電子空穴對，經(jīng)過前置放大器轉(zhuǎn)換成電流脈沖，電流脈沖的高度取決于N的大小。電流脈沖經(jīng)過主放大器轉(zhuǎn)換成電壓脈沖進(jìn)入多道脈沖高度分析器，脈沖高度分析器按高度把脈沖分類進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣就可以描出一張X射線按能量大小分布的圖譜。</p><p>　　第三章：實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析</p><p>　　3.1腐蝕前鑄軋坯金相組織形貌觀察</p><p>　　

90、（a） 2號樣鑄軋態(tài) （b） 3號樣鑄軋態(tài)</p><p>　?。╟） 4號樣鑄軋態(tài)</p><p>　　圖9 未經(jīng)熱處理的鑄軋坯100倍金相觀察</p><p>　　由上圖可以看出，4343鋁合金在鑄軋過程中，同一板面的不同位置其組織的形貌、大小和分布有較大區(qū)別，鑄軋坯上部和下部組織良好，晶粒鑄軋延鑄軋方向呈樹枝晶，共

91、晶硅聚集較少,只有少量的聚集。中部共晶硅的聚集較上部和下部多，呈現(xiàn)出區(qū)域性連續(xù)聚集。晶粒度較大，共晶硅聚集呈板條裝分布，嚴(yán)重割裂集體，使鑄軋坯組織性能下降，產(chǎn)生裂邊，開裂，甚至斷裂的嚴(yán)重生產(chǎn)缺陷。</p><p>　　3.2腐蝕后鑄軋坯金相組織形貌觀察</p><p>　　3.2.1均勻化退火前鑄軋坯組織</p><p>　?。╝） 2號樣鑄軋態(tài)50倍

92、 （b） 3號樣鑄軋態(tài)50倍</p><p>　　（c） 2號鑄軋態(tài)200倍 （d） 3號鑄軋態(tài)200倍</p><p>　　圖10 退火前腐蝕后鑄軋態(tài)50倍和200倍金相觀察</p><p>　　由上圖可以看出，經(jīng)過電解腐蝕，樣品表面的晶界被腐蝕，整體看上去比較黑和暗，主要原因是α（Al）+Si（共晶）的分布在晶界處，

93、Al基體也被腐蝕掉一部分，但是這樣更容易看的出析出相（共晶硅）的分布，枝晶間距較小，其中較均勻的組織是α（Al）+Si（共晶），是4343鋁合金的主要組織成分，而其實(shí)顏色較黑的為共晶硅析出相，有1000μm之大分布于整個板材中間位置，只要形成原因是由于鑄軋時上下軋輥同時軋制，上下表面冷卻速度塊，過冷度大，共晶硅還未來的及聚集就被固定在Al基體中，形成α（Al）+Si（共晶）。而中間冷速慢，大量共晶硅與Fe、Mn等元素形成FeSiAl5、

94、AlMnFeSi等析出相大量聚集在鑄軋坯中部，嚴(yán)重影響組織性能。</p><p>　　3.2.2均勻化退火后組織觀察</p><p>　?。╝） 退火480℃/3h （b） 退火500℃/3h</p><p>　　(c) 退火520℃/3h</p><p>　　圖11 2號樣經(jīng)熱處理后100

95、倍金相觀察</p><p>　　由上圖可以看出，經(jīng)過480℃/3h、500℃/3h、520℃/3h均勻化退火后，析出物分布狀態(tài)，隨著退火溫度的提高，中間嚴(yán)重的析出物共晶硅有了明顯的縮減，說明在520℃的退火溫度下熱處理對偏析的重分配，重彌散有效。析出物呈板條狀和針尖狀分布，而當(dāng)均勻化溫度逐漸升高，一些不溶于鋁的針狀，棒狀，枝晶狀的粗大的(FeMn)A15隨均勻化溫度的升高逐漸斷裂，細(xì)化，彌散的趨勢不斷增加。大量的

96、共晶硅α（Al）+Si（共晶）相存在于退火后的鑄軋坯料中，主要集中在板材的中間部分，而上下面較少有聚集的共晶硅相，一般都均勻的分布在Al基體中，存在于晶界處。而隨著退火溫度的提高，中間偏析開始慢慢減少，共晶硅相被慢慢從熔彌散在Al基體中，晶粒更加細(xì)化，從而達(dá)到提高組織的力學(xué)性能，有良好的韌性和硬度，減少開裂和脆硬組織。</p><p>　　3.3掃描電鏡下析出物具體形貌分析</p><p>

97、;　　(a) 500倍下析出物狀態(tài) (b) 2000倍下析出物狀態(tài)</p><p>　　(c) 3500倍下析出物狀態(tài)</p><p>　　圖12 掃描電鏡下析出物具體形貌</p><p>　　由上圖可知，4343鋁合金中共晶硅呈網(wǎng)狀分布，但中間位置呈連續(xù)聚集分布，圖a中間為共晶硅的偏聚，兩邊黑色為Al基體，析出物呈珊瑚狀，大小在50μm左

98、右。樣品經(jīng)退火后，析出相從針片狀轉(zhuǎn)成纖維狀，較為均勻彌散。</p><p>　　圖13 基體局部能譜圖</p><p>　　由上圖可知，圓顆粒狀化合物能譜分析結(jié)果表明，只是單純的Al基體，未含有其他雜質(zhì)元素，大小在10μm左右，枝晶間距在5μm左右，是變質(zhì)后晶粒細(xì)化的結(jié)果。4343鋁合金中一般含有3種化合物：第一種是圓顆粒狀化合物，為α（Al）+Si（共晶）析出相；第二種是針條狀化合物，為

99、β（FeSiAl5）析出相；第三種是不規(guī)則塊狀化合物AlMnFeSi相。在軋制過程中，隨著加工硬化程度的提高，變形抗力增大，塑性變低，這種粗大的化合物相則很容易形成裂紋源，然后擴(kuò)展而形成裂邊。</p><p>　　圖14 析出物局部能譜圖</p><p>　　由上圖可知，析出相主要成分為FeSiAl5相化合物，呈珊瑚狀分布在基體中，經(jīng)過熱處理而均勻彌散只會在軋制過程中被拉伸延長最終可能會形

100、成孔道裂紋等缺陷。</p><p>　　亞共晶Al-Si合金組織中主要有初生α-Al相和共晶Si,其中α-Al相呈粗大的枝晶狀,共晶相以粗大的針狀或者板條狀析出,存在對基體的割裂作用,嚴(yán)重的影響了合金的力學(xué)性能,致使Al-Si系合金的力學(xué)性能特別是延伸率不高,韌性不夠好。人們通常采用在合金熔體澆注前加入微量元素對組織中的α-Al相及共晶硅進(jìn)行細(xì)化、變質(zhì)處理來提高合金的力學(xué)性能。</p><p&

101、gt;　　該鋁合金是經(jīng)過了Sr的變質(zhì)處理，在圖中可以看到共晶硅呈細(xì)小的珊瑚狀，組織不均勻性得到改善，共晶硅的尺寸明顯減少。Sr變質(zhì)主要由于孿晶理論【33】：變質(zhì)元素吸附在共晶硅的生長臺階上，阻止了共晶硅以臺階生長機(jī)制長成層片狀；并且變質(zhì)元素的吸附改版了共晶硅院子的堆積次序，從而在硅晶體中造成大量孿晶的產(chǎn)生，共晶硅相轉(zhuǎn)而以孿晶凹谷機(jī)制生長。Sr抑制了片狀的硅相的生長，使硅相呈珊瑚狀分布，減少共晶硅的尺寸，使共晶組織細(xì)化。</p>

102、;<p>　　3.4 鑄軋坯退火制度對鑄軋工藝的影響</p><p>　　在鋁合金鑄軋坯凝固過程中，金屬原子從無序運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚺帕?，鋁原子按面心立方點(diǎn)陣的位置組成晶體，合金元素和雜質(zhì)根據(jù)其晶體結(jié)構(gòu)、原子大小和化學(xué)親和力，在鋁中形成間隙型固溶體、置換型固溶體或金屬間化合物，在這個過程會產(chǎn)生偏析及枝晶組織狀態(tài)，這是液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔鄷r所特有的性質(zhì)以及固相冷卻過快使元素的擴(kuò)散不能充分進(jìn)行所致。同時由于鑄軋坯

103、組織的遺傳性，其質(zhì)量直接影響到鋁硅合金的質(zhì)量，對4343鋁合金的變形加工性能和最終產(chǎn)品的性能起著非常重要的作用。而均勻化退火可以消除枝晶偏析，使非平衡相溶解或發(fā)生轉(zhuǎn)變（如聚集、球化或相變），溶質(zhì)濃度逐漸均勻化，從而獲得更均一的組織，同時均勻化還可以消除鑄錠因激冷而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，因而明顯提高鑄錠在室溫下的塑性、改善其熱、冷加工變形的工藝性能，降低開坯時開裂的危險。</p><p>　　均勻化退火可以有效地改善合金鑄

104、態(tài)組織，均勻化顯微偏析，使合金元素充分?jǐn)U散，使其在基體中均勻分布。同時，還可以使亞穩(wěn)相發(fā)生相變，如可以使 AlMgSi 系合金中常含有的粗大脆性相 β-AIFeSi 向形狀適宜變形的粒狀 α-AIFeSi 轉(zhuǎn)變。</p><p>　　鑄軋坯料經(jīng)過均勻化退火后，組織得到改善，同時消除了鑄造凝固時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，塑性可以得到提高，便于加工變形。這就為后續(xù)的軋制變形做好了準(zhǔn)備，可以減小鑄錠在變形過程中的開裂傾向。<

105、/p><p>　　3.5鑄軋坯退火前后組織形貌對軋制性能的影響</p><p>　　鑄軋時,鑄軋區(qū)內(nèi)熔體的熱量主要通過鑄軋輥套傳給輥芯內(nèi)的冷卻水,其余部分由帶坯帶走。在鑄軋輥壓力作用下,剛剛凝固的薄殼產(chǎn)生的塑性變形很小,帶坯與軋輥間的接觸是緊密的,不會形成間隙,保持著良好的導(dǎo)熱狀態(tài)。因此,溶體在鑄軋區(qū)內(nèi)受到劇烈的冷卻,冷卻速度可達(dá)102～103°C/s,比常規(guī)水冷半連續(xù)鑄錠的冷卻速度

106、約高2個數(shù)量級。因此,鑄軋時的凝固為快速定向?qū)峤Y(jié)晶,其組織必然帶有快速凝固與定向結(jié)品的特點(diǎn)。晶體成長的方向性極強(qiáng),相向于導(dǎo)熱方向,指向溶體內(nèi)部,表層的熔體會受到激冷作用，中間層的熔體的凝固速度會慢于表層熔體。如果鑄軋工藝控制的不好，很容易產(chǎn)生中間偏析的組織缺陷。</p><p>　　由圖11（a、b、c）可知，鑄軋坯中出現(xiàn)偏析、不平衡相及枝晶組織，從其分布來看，同一板面的上、中、下側(cè)，組織出現(xiàn)了差異，尤其以板面

107、中間偏析及枝晶組織嚴(yán)重。究其原因，主要是由于鑄軋過程中，冷卻水的流向由左至右，造成同一板面的接觸的鑄軋輥出現(xiàn)溫度梯度，使同一板面的冷卻強(qiáng)度不同，板中間冷卻強(qiáng)度小，帶走的熱量偏少，導(dǎo)致元素擴(kuò)散太充分，以至于出現(xiàn)晶界上的聚集，形成了粗大的化合物相。由于溫度升高使擴(kuò)散過程大大加速，所以為加速均勻化過程，需盡可能提高均勻化溫度。鑄軋坯的此特征導(dǎo)致其后的均勻化退火溫度升高。經(jīng)對軋至5.5mm的中間半成品均勻化退火制度研究表明,520℃退火溫度才能