4343铝合金铸轧坯及其热处理工艺研究 毕业论文.doc
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1、4343 铝合金铸轧坯及其热处理工艺研究 摘要: 4343 系 Al-Si 系合金,该合金有良好的填充性能和钎焊性能。目前,各国通常 选用 Al 一 si 系合金或 Al 一 si 一 Mg 系合金做为钎剂和钎焊箔的包覆材料。但该系合金 的缺点是含有大量的 Si 元素,在合金中形成的共晶 si 呈针状或片状,会严重损害合金 强度、塑性等力学性能。其加工坯料以铸锭热轧工艺为主,鲜少采用连续铸轧供坯。本 文以 4343 铝合金铸轧坯为研究对象,通过差热分析、金相显微观察、扫描镜及 EDS 分析, 对其铸轧组织和均匀化退火工艺进行了实验研究。分析 4343 铝合金铸轧组织的特点,并 对其退火方案下的
2、样品进行试验分析,优化 4343 铸轧板坯的退火工艺,满足冷轧成形工 艺的要求。 主要进行了如下实验: 1、对 4343 铝合金进行差热分析,确定其退火温度界限。 2、对 4343 铝合金铸轧坯同一板面的不同位置取样,通过光学显微镜对其铸轧态组织 的形貌、分布对比,确定铸轧板坯的质量对铸轧板料热处理制度及中间退火工艺的影响。 3、对板材进行多块取样,在马弗炉中进行不同制度的均匀化退火,以确定合理的均匀 化退火工艺。 4、通过扫描电镜对不同均匀化退火制度下的样品的化合物分布、形态、大小进行观 察,确定在不同退火制度下的化合物对铸轧板料质量和性能的影响。 结果表面: 4343 铸轧坯在同一板面不同
3、部位,由于冷却强度的差异导致铸轧态组织 出现变化,只有通过中间均匀化退火消除板面组织不均产生的影响。进行不同温度均匀 化退火表明,480520/3h 的均匀化退火能不同程度地减少铸轧坯组织不均的现象,同 时化合物分布较为弥散,化合物形貌以片状的、珊瑚状的 (Al)+Si(共晶)相化合物 为主.最佳均匀化退火制度为 520/3h。 关键词:4343 铝合金 铸轧坯 退火工艺 江苏大学京江学院本科毕业论文 2 4343 Aluminum billet casting and heat treatment process Abstract 4343 series Al-Si alloy, the a
4、lloy 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 a large number of elements in the alloy to form eutectic si acicular or flake
5、, will seriously damage the alloy strength, ductility and other mechanical properties. Its processing to ingot billet hot rolling process based, rarely used for continuous casting billet. In this paper, 4343 aluminum billet casting as the research object, by differential thermal analysis, metallogra
6、phic microscope, scanning microscopy and EDS analysis of its organization and homogenization casting process was investigated experimentally. Analysis of 4343 aluminum alloy casting characteristics of the organization, and its annealed samples tested under the program analysis, optimization 4343 cas
7、ting slab annealing, cold forming process to meet the requirements. Main experiment were as follows: 1. 4343 aluminum alloy for differential thermal analysis to determine the upper limit of the annealing temperature. 2. The different location of sampling of 4343 aluminum alloy casting billet with a
8、surface morphology, optical microscope, by comparing the casting microstructure on its distribution, to determine the effect of continuous casting slab quality of casting and rolling plate material heat treatment system and intermediate annealing process. 3. For a plurality of sampling on sheet, hom
9、ogenizing annealing system were different in the muffle furnace, to determine a reasonable homogenizing annealing process. 4. by scanning electron microscopy of different homogenizing annealing system sample compounds, morphology, size distribution were observed, to determine the influence of compou
10、nd in different annealing system on casting quality and properties of rolled sheet. The results showed that: 4343 casting 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 anne
11、aling to eliminate the influence of 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 distribution is more 江苏大学京江学院本科毕业论文 3 dispersed, compound
12、 morphology to flake, coral alpha (Al) +Si (eutectic) compound. The optimum homogenizing annealing system is 520 / 3h. Key words:4343 aluminum alloy casting billet rolling annealing process 江苏大学京江学院本科毕业论文 4 目 录 引言6 第一章 绪论6 1.1 铝及铝合金的分类7 1.1.1 铝的基本性质7 1.1.2 铝硅合金的成分、组织、性能7 1.1.3 铝合金的应用9 1.2 铝合金铸轧工艺 10
13、 1.2.1 铝合金铸轧工艺的特点10 1.2.2 铝合金铸轧研究现状11 1.3 铝合金的热处理及工艺11 1.3.1 热处理目的11 1.3.2 退火处理12 1.3.3 固溶处理12 1.3.4 时效处理12 1.4 铝硅合金的变质工艺的研究13 1.4.1 钠(Na)变质14 1.4.2 锶(Sr)变质14 1.4.3 锑(Sb)变质15 1.4.4 稀土变质15 1.4.5 复合变质16 1.4.6 快速冷却变质16 1.4.7 其他变质方法17 1.5 本论文的主要研究内容及研究意义17 江苏大学京江学院本科毕业论文 5 第二章 实验内容 18 2.1 实验材料的制备18 2.2
14、差热分析 DSC 18 2.3 实验方案19 2.4 金相实验19 2.5 扫描电镜及能谱分析19 第三章 实验结果及分析20 3.1 腐蚀前铸轧坯金相组织形貌观察20 3.2 腐蚀后铸轧坯金相组织形貌观察21 3.2.1 均匀化退火前铸轧坯组织 22 3.2.2 均匀化退火后组织观察 23 3.3 扫描电镜下析出物具体形貌分析26 3.4 铸轧坯退火制度对铸轧工艺的影响27 3.5 铸轧坯退火前后组织形貌对轧制性能的影响27 第四章 结论29 致谢30 参考文献31 江苏大学京江学院本科毕业论文 6 引 言 随着汽车行业的飞速发展,轿车及运输车等对空调装置也提出了越来越高的要求。 空调装置已
15、从独立的散热器与制冷装置,演变成现在能够选择内、外气并能调节湿度的 一体式装置。热交换器是汽车空调系统的重要部件,主要包括暖气装置的散热器和冷凝 装置的冷凝器和蒸发器。铝合金具有较高的机械强度和抗腐蚀性能,在冷凝器的制造行 业中,铝制冷凝器正在逐步取代原有的不锈钢和铜制冷凝器 。这种冷凝器广泛应用于汽 车及运输车等发动机水冷以及中型空调的冷却,是保证正常工作的关键部件之一,因此 焊接质量尤其重要 。复合铝合金材料因其独特的优点逐渐应用到冷凝器的制造中,这又 对其焊接提出了新的要求,本文就是来研究汽车冷凝装置上的热交换器钎焊层中广泛应 用的 4343 铝合金。做为一个包覆层要具有低熔点,凝固范围
16、窄,流动性好,优良的耐蚀 性等优点,还要有利于焊缝凝固时的补缩和减少裂纹等。 第一章:绪论 1.1 铝及铝合金的分类 纯铝具有优良的导电、导热、抗腐蚀性能好,尤其是铝合金密度小、力学性能好, 因此广泛的应用于交通、机械、化工、建筑等行业。 合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金。形变铝合金又分为不可热处理 强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械 性能,只能通过冷加工变形来实现强化,它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以 及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能, 它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。 江苏大
17、学京江学院本科毕业论文 7 图 1 铝及铝合金分类 一些铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能,物理性能和抗腐蚀性能。铸造铝 合金按化学成分可分为铝硅合金,铝铜合金,铝镁合金,铝锌合金和铝稀土合金,其中 铝硅合金又有简单铝硅合金(不能热处理强化,力学性能较低,铸造性能好) ,特殊铝硅 合金(可热处理强化,力学性能较高,铸造性能良好) 。 1.1.1 铝的基本性质 铝的化学符号为 A1,原子序数 13,原子量 26.981539,属周期系 IIIA 族。在地壳中的 含量为 8%,仅次于氧和硅。它广泛分布于岩石、泥土和动、植物体内。岩石中的铝主要以 硅酸的形式存在。 铝为银白色的轻金属,熔点 66
18、0.37C,沸点 2467C,相对密度 2.702。铝为面心立方 结构 【1】 。纯铝较软,其强度依赖于它的纯度。铝具有良好的延展性。硅、铜、铁、锌、锡、 镁、锰等金属易溶于熔融铝中形成相应的合金;氢是能溶于铝中的唯一气体,其溶解度随 温度升高而增大,但在金属凝结时接近于零。铝具有良好的导电性和导热性。纯铝的电导 率是退火铜的 64%。温度在 50k 以下时电阻率小于极纯的铜和银,在 1.2K 以下可变为超导 体。 1.1.2 铝硅合金的成分、组织、性能 铝硅二元合金具有简单的共晶型相图,共晶成分在 Si12.6%,亚共晶成分在 Si1.65%, 共晶成分为 (Al)和 (Si)两种相,亚共晶
19、合金组织由 (Al)+共晶体(+) , 江苏大学京江学院本科毕业论文 8 过共晶体由 (Si)+共晶体(+) 。 由于结晶硅带入微量磷使亚共晶合金中出现初晶硅,并使共晶硅形成粗大的斑片状。 由 Al-Si 二元相图,含 Si16%-18%处有流动峰值。 图 2 铝硅合金相图 共晶型 Al-Si 二元合金铸造性能优良,但力学性能不高,故只能用于压铸、挤压铸 造等高速冷却的铸造方法;对于低速冷却的铸造方法必须进行变质处理,细化共晶硅, 以获得足够的力学性能。铝与共晶硅的切削性能不好,除了进行变质处理,细化共晶硅、 初晶硅,还可加入铋、铅等易切削元素。对于砂型铸造,石膏型铸造等冷却速度慢的铸 造方法
20、,必须进行变质处理,细化共晶硅,以获得足够的力学性能。 细化共晶硅的变质处理不能同时细化初晶硅,对于有大量初晶硅的过共晶合金,必 须采用加磷细化初晶硅,提高力学性能。 铝的塑性大,切削时需消耗很大的功,随硅量增加,共晶体增多,切削功可减小, 但共晶硅硬度高,易磨损刀具,尤其是有粗大初晶硅的过共晶合金,刀具磨损更严重, 被加工的表面很毛糙。为改善切削加工性能,除进行相应的变质处理,细化共晶硅、初 晶硅外,可加入铋、铅等易切削元素;对过共晶合金可采用镶嵌钻石刀具,选择最佳切削 速度和合适的切削液等,也能获得光洁的加工表面。 综上所述,为了兼顾合金的各种服役性能和工艺性能,铝硅类合金的含硅量一般为
21、7%- 12%。 1.1.3 铝合金的应用 铝合金仍然保持了质轻的特点,但机械性能明显提高。铝合金材料的应用有以下三个 方面:一是作为受力构件;二是作为门、窗、管、盖、壳等材料;三是作为装饰和绝热材料。 江苏大学京江学院本科毕业论文 9 利用铝合金阳极氧化处理后可以进行着色的特点,制成各种装饰品。铝合金板材、型材表 面可以进行防腐、轧花、涂装、印刷等二次加工,制成各种装饰板材、型材,作为装饰材 料。 铝合金具有密度小,导热性好,易于成形,价格低廉等特点,已广泛应用与航空航天、 交通运输、轻工建材等部门,是轻金属中应用最广、用量最多的合金。随着电力工业的发 展和冶炼技术的突破,其性价比大为提高,
22、目前交通运输业已成为铝合金材料的第一大用 户。随着交通运输业现代化进程的加快,铝及铝合金材料在交通运输航空航天和汽车三大 领域的应用将日益增加。 铝合金是亚音速飞机的主要用材,目前民用飞机结构上的用量为 70%-80%,其中仅铝合 金柳丁一项,每架飞机就有 40-150 万个;据波音飞机公司的统计,制造各类民用飞机 31.6 万架,共用招材 7100 千吨,平均每架用铝 2 吨。铝制零部件在先进军用飞机中的比例虽低 一些,但仍占其自身总质量的 40%-60%。据预测,2010 年全球航空航天铝材的消费量可达 60 万吨,年平均增长率为 4.5%。 汽车用铝合金材料的 3/4 为铸造铝合金,主要
23、是发动机部件,传动系部件和地盘行走 系零部件。变形铝合金主要用于热交换器系统,车身系部件。预计 10 年内 95%的气虹盖和 50%的轿车发动机汽缸将用铝合金制造,轻型货车目标分别达到 60%和 25%水平。铝基复合 材料在某些范围内代替铝合金、钢和陶瓷等传统的汽车材料,用于汽车关键零件,特别是 高速运动的零件,对减少质量、减少运动惯性、降低油耗、改善排放和提高汽车综合性能 等方面具有非常积极的作用,在汽车领域有着良好的应用前景 【2】 。 1.2 铝合金的铸轧工艺 连续铸轧将铝带材成形工艺中的铸造和轧制合二为一,很大程度上缩短了生产流程 和生产周期,已经成为铝加工生产带坯的主要方式之一。铸轧
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