Al-1.3%Mn与Al-1.8%Mn铝合金电磁铸轧及后续热处理工艺研究

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Al-Mn系合金具有良好的塑性、抗蚀性和焊接性,被广泛应用于汽车、包装等行业。3003合金是最为常见的Al-Mn合金。传统生产3003合金板材的方法采用热轧铸锭、中间退火、冷轧等多道工序,具有设备投资大,工艺流程长,能源消耗大,生产成本高等缺点。而采用铸轧法与冷轧法结合生产铝合金板带箔可以减少设备投资、能源消耗,大幅降低生产成本。但由于Al-Mn合金及铸轧工艺自身的技术特点,板材在冷轧及再结晶退火后存在晶粒粗大问题。本文通过研究电磁铸轧及后续的热处理工艺,达到生产出晶粒细小均匀的铝合金板带箔的目的,同时为铸轧替代热轧生产提供一定的实验和理论指导。论文研究了外加电磁场对3003铝合金铸轧组织的影响,制定了六种均匀化制度,研究了均匀化退火制度对3003铸轧板材微观偏析及冷轧态再结晶晶粒的影响规律。同时,根据铝锰合金的凝固和再结晶特点,设计了一种高锰含量的铝合金,研究了电磁场及均匀化退火对Al-1.8%Mn合金组织的影响。论文得到以下结论:(1)传统铸轧3003板材显微组织枝晶发达、枝晶偏析严重。外加电磁场可以有效的改善显微组织。(2)外加电磁场会诱发3003铸轧板材边部产生偏析带,且电磁场越强,边部偏析带越明显、距离边部越远;铸轧板边部偏析带元素富集程度是Fe>Si>Mn;外加电磁场时,含Fe相会受到更大电磁体积力,易偏聚于边部形成偏析带。(3)均匀化退火可以不同程度消除3003铸轧板枝晶偏析、使过饱和固溶体析出、诱发过剩相聚集长大。单级均匀化不如二级均匀化效果好,六种均匀化制度中600℃×15h+500℃×15h效果最好。同样均匀化制度下,电磁铸轧板材均匀化效果优于传统铸轧板材。(4)工业生产的3003板材在600℃×15h+500℃×15h二级均匀化后,其冷轧板再结晶晶粒细小均匀。外加复合场励磁电流为200A、脉冲电流为250A的实验制备3003板材经600℃×15h+500℃×15h二级热处理后,其冷轧板再结晶晶粒亦细小均匀。(5)传统铸轧Al-1.8%Mn板材显微组织存在粗大的枝晶网胞、枝晶壁发达;外加电磁复合场可以有效的改善枝晶网胞结构,减少粗大的枝晶网胞、细化晶粒且电磁复合场强度越强,改善效果越明显。(6)对于Al-1.8%Mn铸轧板材,经均匀化的试样析出相数量、形貌、分布各异,其中二级均匀化600℃×15h+500℃×15h后的试样析出相呈球状、短棒状、规则块状及小颗粒状弥散分布;随着均匀化时间的延长,Al6(MnFe)相会向α-Al(MnFe)Si相转变。(7)对于Al-1.8%Mn冷轧态薄板,二级均匀化的试样再结晶组织多为粗大、狭长的晶粒;单级均匀化的试样再结晶组织虽出现一定的细化,但晶粒大小不一,尺寸梯度大。六种均匀化制度都没有取得好的效果。
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