前言近年来,随着全铝饮料罐新生产线的增加,罐料的需求量也在高速增加,用户为满足新生产线质 量要求,对3104H19合金制罐料的需求也逐步向减薄、质优的方向发展,国外的制罐料厚度 已减薄到0·260mm。减薄后的材料面临着优化罐料化学成分,从而控制化合物尺寸、形貌和 分布。通过对3104合金主要合金元素的微量调整,测试合金均匀化处理铸锭性能,探讨了化学 成分微量变化对3104铸锭性能的影响。在此基础上,探明了化学成分直接影响合金相的构成, 结合第二相在罐料使用性能上的作用,探讨了罐用铝材各合金元素之间的交互作用。1试验方案试 验采用6种成分的铸锭试样,其编号分别为a、b、c、d、e、f,采用电子拉力试验机(AG -100KNE)测定3104合金铸锭力学性能;定量金相实验利用OLYMPUSBHM光学显微镜及CIAS-2000图象分析系统测试合金中第二相体积分数。6种铸态合金的化学成分,见表1。表13104铝合金化学成分试样编号各元素质量分数/%Si Fe Cu Mn Mg Ni Zn Ti其它Fe/Sia 0.23 0.39 0.21 1.01 1.19<0.05<0.30<0.10 0.011 1.696b 0.24 0.42 0.21 1.02 1.22<0.05<0.30<0.10 0.010 1.750c 0.23 0.43 0.21 1.03 1.25<0.05<0.30<0.10 0.013 1.870d 0.22 0.37 0.21 1.03 1.20<0.05<0.30<0.10 0.014 1.682e 0.23 0.39 0.21 0.99 1.21<0.05<0.30<0.10 0.014 1.696f 0.23 0.37 0.20 0.93 1.19<0.05<0.30<0.10 0.011 1.6092试验结果分析与讨论2·1 Mn对合金性能的影响Mn是3104铝合金中主要合金元素,其含量一般控制在1·0%~1·6 %范围,合金强度随Mn含量增加而提高。Mn作为主要合金元素,在合金中主要以两种形式存在 :固溶于铝基体形成固溶相;与铝在930K时发生共晶反应形成共晶体。由于Mn在铝中的溶解 度随着温度的降低急剧下降,经均匀化处理后,将析出分散的MnAl6第二相。Mn含量与合金性能的关系见图1、图2。图1Mn含量与延伸率的关系图2 Mn含量与抗拉强度的关系由图1、图2中可以看出,随着Mn含量的增加,强化效果显著,这是固 溶强化和均匀化处理后MnAl6第二相析出强化的综合效果。而当Mn含量继续升高到1·03 %时,强度下降,分析原因可能是由于该试样c组织中的铁硅比过高(为1·87),Fe大量溶 入MnAl6形成大块状和鱼骨状(FeMn)Al6相,同时MnAl6第二相也产生粗化,从 而破坏了材料的力学性能。当然,材料强度提高的同时,塑性有些下降是自然的(细晶强化除外) 。从图1可以看出,随着Mn含量的增加,材料延伸率总的呈下降趋势。另一方面,主要合金元素 Mn的加入,使合金具有很大的过冷能力,因此在快速冷却结晶时,组织中会产生很大的偏析,M n的浓度在枝晶中心部位低,而在边缘部位高。经均匀化处理后,Mn仍然会在晶内产生偏聚并在 含Mn第二相粒子内部产生富集,这就导致基体中第二相附近出现白色亮点区域。后续的加工和退火工艺中,必须设法减轻甚至消除该贫锰区域,以防止其对最后的深冲工艺产生不良影响。2·2Mg对合金性能的影响Mg与合金性能的关系见图3、图4。Mg在铝中的溶解度很大,主要以固溶 体的形式存在,同时Mg在合金中与Si反应生成Mg2Si相。有资料认为,如果该相能以细微 粒子的形式析出则可以显著提高合金强度。但事实上,Mg有可能与Mn、Fe、Si等元素形成 复杂的多元相,导致Mg含量超过1·20%以后,继续增加其含量对力学性能的影响并不明显, 强度反而有所下降(见图3、图4)。从图3可以看出,随着Mg含量的增加,合金的延伸率总的呈下降趋势,塑性降低。图3Mg含量与延伸率的关系图4 Mg含量与抗拉强度的关系2·3 Fe/Si对合金性能的影响Fe能溶于MnAl6中形成(FeMn)Al6化合物,从而降低M n在铝中的溶解度。Si与Mn形成复杂的三元相T(Al12Mn3Si2),该相也能溶于F e形成(Al、Fe、Mn、Si)四元相。若合金中Fe和Si同时存在,则先形成α(Al1 2Fe3Si2)或β(Al9Fe2Si2)相,破坏了铁的有利影响。Fe和Si也可加速M n在热变形时从过饱和固溶体中的分解过程,也可提高一些力学性能。铁和硅还是影响3104铝 合金制耳行为的关键因素,退火铝板的制耳变化依赖于铁+硅含量,合适的Fe/Si值有利于降低深冲3104铝板的各向异性。实验得出的Fe/Si与合金材料性能的关系见图5到图8。图5Fe/Si与延伸率的关系由图中可以看出,当Fe/Si比值处于1·72~1·78时,合金强 度下降较为明显,塑性相应得到提高,屈强比亦随之下降。随Fe/Si的增大,材料延伸率降低 (见图5)。3104合金铸锭主要存在MnAl6、(FeMn)Al6及含量相对较少的为β 〔Al(FeMnSi)〕初生相;还有α〔Al12(FeMn)3Si〕相。α〔Al12( FeMn)3Si〕相一般为共晶相,结晶时尺寸较小,均匀化处理时能部分溶解,其边角圆润, 加工破碎后进行热轧或退火时其外形轮廓亦会发生钝化,不会产生应力集中而导致不利影响。显然 ,在均匀化处理后,获得尽可能多的边角发生钝化、圆润化的小块状第二相即α〔Al12(Fe Mn)3Si〕相对消除深冲时的针孔缺陷有利。虽然后续工艺,包括热轧、冷轧、中间退火等工 艺也可以使上述不同形貌第二相发生破碎、转变,得到尽可能多的边角发生钝化的小块状第二相, 但是有资料报道,α相的大小和分布很大程度上决定于化学成分。如果Fe、Mn含量过高,易形 成粗大的MnAl6和(FeMn)Al6相,虽然这些硬质相的存在有利于防止变薄拉伸时板带 与工具的热粘着,但大量粗大硬质相的存在,在轧制过程中发生破碎时棱角尖锐,当其尺寸达到一 定限度就会在其所在位置出现应力集中从而在深冲时产生针孔等缺陷。故在控制Fe的含量时,必 须考虑到Mn的含量,即两者必须同时进行控制。而作为杂质元素Si的存在,会形成粗大的片状 β〔Al(FeMnSi)〕相,同样对合金造成不良影响,甚至还破坏了Fe在形成适量硬质相 时的有利影响。由此,必须合理控制Fe/Si比值和Fe、Si含量,最终使第二相中出现尽可 能多的α〔Al12(FeMn)3Si〕相,并在均匀化处理时将β〔Al(FeMnSi)〕相、MnAl6和(FeMn)Al6相尽量多地转变为α相,可以保留一些硬质相以防止深冲时产生热粘着等。图6Fe/Si与屈服强度的关系图7 Fe/Si与屈强比的关系图8 Fe/Si与抗拉强度的关系2·4合金第二相含量对合金性能的影响从图9可知,随着第二相含量 的增加,合金材料的抗拉强度降低。b铸态合金第二相含量较少却没有相对较高的抗拉强度,可能 是因为Si含量较高(0.24%),破坏了铁的有利影响。由图10可以看出,第二相体积含量 对材料的延伸率影响不具明显的规律性。结合图1分析,c铸态合金出现延伸率急剧下降,可能是 因为其Fe/Si过大(1·87);a图9合金相含量与抗拉强度的关系图10合金相含量与延伸率的关系图11Fe/Si与合金相含量的关系铸态合金虽第二相含量较高,却仍具有较高的延伸率,则是因为其F e/Si(1·609)较小。从图11还可看出,要维持较低的合金相含量,需控制Fe/Si ,宜为1·70%左右。Fe/Si过高或过低都可能引起第二相体积含量的增加,从而影响合金 材料的性能。3结论(1)在具有适当Fe/Si的组织中可以获得较高比例的小块状第二相,有 利于后续的加工工艺和消除深冲时的针孔等缺陷,Fe/Si宜控制在1·70左右。(2)为提 高材料的性能,应力求降低材料中第二相的含量。具有改善的铸造表面质量的铝合金专利申请号: 01817188·5公开号:CN1469936申请人:美国阿尔科公司公开了铝合金组合物 ,其包含能够改善铸造铝表面性能的少量钙。将所述钙和最多0·25%的晶粒细化剂与碱土金属 、过渡金属和/或稀土金属一起加入到的铝合金中作为熔体。这种添加使得铸造铸锭铝及铝合金的 外观改善,表面缺陷显著减少,表面氧化程度下降。令人惊奇地发现,这些添加元素的少量添加基 本消除了在不止一种铸锭铸造技术中存在的垂直褶叠、麻点和铸锭开裂。这种添加也改善了铸锭的 外观,包括反射系数。结果,铸锭铸造之后可被轧制或者基本上直接进行加工,不必首先通过例如 刮皮进行表面修整。还公开了一种改善铸造铝合金表面性能,防止其表面缺陷和开裂的方法。该方 法包括将钙添加至基本无Be的熔融铝合金中并且采用任何通常使用的技术铸造铝合金的步骤。( 冶专)一种用于无磁产品车的铝合金轴承专利申请号:200320122150·7公开号:C N2659715申请人:北京有色金属研究总院一种用于无磁产品车的铝合金轴承,它包括有轮 缘、转轴,该轮缘的内圈作为轴承的外圈与轮缘制成一体,该转轴的外圈作为轴承的内圈与转轴制 成一体;在轮缘的内圈与转轴的外圈之间设置有多个滚柱;本轴承的所有零件全部采用硬铝合金材 料制成。由于用该轮缘的内圈作为轴承的外圈与轮缘制成一体,及用该转轴的外圈作为轴承的内圈 与转轴制成一体,使整上的结构较为简单,并可提高承载能力。在所述的轮缘一侧的内圈上设有凸 环,在对应的转轴外圈上设有凸肩,在轮缘另一侧端设置有外挡圈和内挡圈,该外挡圈由螺钉与轮 缘固定连接,该内挡圈由转轴端的锁母锁定。本实用新型的优点是,结构简单,既能满足不是磁性材料,又能满足小车承载使用要求。(冶专)含微小封闭空洞的泡沫铝专
More abstracts about the 化学成分对3104合金铸锭组织和性能的影响