专利名称：利用多元第二相相变调整铝基固溶体成分的工艺方法
技术领域：
本发明属于铝合金加工技术中铝基固溶体成分的调整方法，特别是涉及一种利用多元第二相相变调整铝基固溶体成分的工艺方法。
背景技术：
铝箔是铝合金加工生产中工序最多、加工技术难度最大、厚度最薄的铝材产品。铝箔作为一种极限产品，必须进行负辊缝轧制，在这种轧制条件下，调节轧制压力对改变轧出产品的厚度已经失去作用，所能利用的控制因素是轧制速度和后张力，但它们只能在有限范围内进行调节。此时，要获得高质量的铝箔产品，铝箔毛料本身的质量就显得尤为重要。同时，铝箔越趋于薄型，组织因素的影响越显著。在影响铝箔毛料内在质量的各种因素中，轧制硬化元素Fe、Si在铝基体中的固溶度是其中最主要的影响因素之一。Fe、Si在铝中的固溶度越大，则加工硬化率增大，变形抗力增加，轧制性能恶化，不利于轧制铝箔产品。箔材越趋于薄型，则固溶于铝中的Fe、Si对轧制硬化的影响越强。因此，如何尽可能地降低Fe、Si在铝基体中的固溶度，是获得高品质铝箔产品、提高成品率的关键因素之一。在这方面国内目前尚没有这方面的文献报道；在国外，目前仅有日本专利文献(昭61-119658)报道了降低Fe、Si在铝基体中固溶度的相关工艺，但该专利仅是从延长析出退火时间的角度来降低Fe、Si的固溶度，而没有涉及从相变的角度来实现对铝基固溶体成分的动态调整，因而不能有效地对铝箔毛料Fe、Si固溶度及处理工艺进行优化调控。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是铝箔用铝合金中存在的主要物相有α(Al)、αc( )、βp( )、βb( )等物相，其中，x1/y1＞x2/y2，x3/y3＜x1/y1。在合适的热力学和动力学条件下，可能发生铝基固溶体中析出αc( )相的脱溶相变、铝基固溶体中析出βb( )相的脱溶相变、以及βp( )→αc( )的相变反应。反应α(Al)→αc( )和α(Al)→βb( )使铝基体中Fe、Si固溶度减小；反应βp( )→αc( )使铝基体中Fe、Si固溶度增加。通过控制相变热力学和动力学条件，以控制相变反应的发生和反应程度，可以达到调整Fe、Si固溶度的目的。
在此基础上，对实施本发明所采用的工艺方法以及Fe、Si固溶度的变化情况做进一步的说明。
在αc( )相脱溶反应温度340℃～400℃范围内，同时发生多元第二相相变反应βp( )→αc( )，其中，x1/y1＞x2/y2。αc( )相的脱溶相变使基体中Fe、Si固溶度降低；βp( )→αc( )的相变反应使基体中Fe、Si固溶度增加。这两个过程共同作用的结果使得在340℃～400℃温度范围内，αc( )相的脱溶反应和βp( )→αc( )的相变反应过程中存在着最佳固溶贫化点，即Fe、Si元素在铝基体中的固溶度随退火时间的延长而减小，当达到某一极小值后又随退火时间的延长而增加。最佳固溶贫化点是本发明中的一个重要特征，也是实施本发明的一个重要参考点。在340℃～400℃温度范围内，αc( )相的脱溶反应和βp( )→αc( )的相变反应过程进行中超过最佳固溶贫化点后，铝基体中Fe、Si固溶度和Fe/Si比的变化将导致另一新相βb( )的形成，其中，x3/y3＜x1/y1。βb( )相的形成将导致铝基体中Fe、Si元素固溶度进一步降低至低于最佳固溶贫化点的固溶度。本发明由于有效利用了多元第二相相变反应βp( )→αc( )，调整了基体中Fe、Si固溶度和Fe/Si比，为相变反应α(Al)→βb( )提供了热力学上的可能性，因而更进一步降低了基体中Fe、Si固溶度，从而实现了对固溶度的有效调控。
在相变反应βp( )→αc( )由于调整了基体中Fe、Si固溶度和Fe/Si比而使得相变反应α(Al)→βb( )的发生具备了热力学上的可能性后，通过控制动力学条件，可以加速βb( )的析出速度，从而更加快速地实现对固溶度的有效调控。实验表明，βb( )相的形成可通过30％-70％的冷轧变形及变形后在160℃～240℃的温度范围内退火而得到加速。
该工艺方法可根据成品箔材的不同厚度，通过控制相变反应的发生和反应程度来调整基体中Fe、Si元素的固溶度，最终实现箔材的最优化工艺方案。若轧制相对较厚的铝箔产品，可以只进行一步退火处理，即在340℃～400℃范围内对铝箔毛料进行达到或接近最佳固溶贫化点的退火处理；若轧制较薄和超薄的铝箔产品，对铝箔毛料的轧制性能提出了更高的要求，则应采用两步退火处理，即340℃～400℃范围内退火+30％-70％冷轧变形处理+160℃～240℃范围内退火的处理工艺，以尽可能地降低Fe、Si在铝基体中的固溶度。
本发明提供的利用多元第二相相变调整铝基固溶体成分的工艺方法，具有以下优点1)可有效地对Fe、Si固溶度进行动态调整，从而实现对铝箔毛料Fe、Si固溶度及处理工艺的最优化调控；2)可根据成品箔材的不同厚度，通过控制相变反应的发生和反应程度，调整铝基Fe、Si元素的固溶度，从而可制订出最优的、经济的工艺方案；3)本发明提供的利用多元第二相相变调整铝基固溶体成分的工艺方法，应用范围广，可适用于1×××系、8×××系铝合金；4)本发明提供的工艺方法，由于可以有效降低铝基中Fe、Si元素固溶度，降低了对生产铝箔产品所选用的原铝锭的品质要求，可以采用Fe、Si含量较高的原铝锭来生产，因而降低了生产成本。
具体实施例方式
实施例在本发明的实施例中，合金系为AA1235，其化学成分如表1所示。将Fe含量调整在0.38～0.46wt％之间，Si含量调整在0.10～0.13wt％之间。
表1 AA1235合金的化学成分(wt％)
采用半连铸工艺铸成480×1060×4500mm的铸锭，铸造速度60mm/min，铸造温度740℃，铸造水压为0.2MPa。铸锭经560℃×13h均匀化处理后进行热轧。热粗轧开轧温度大于480℃，热精轧终轧温度大于220℃。热精轧厚度为4.5mm。将热精轧坯料冷轧至1.0mm，进行380℃×6h的退火处理；然后冷轧至0.3mm，进行210℃×9h的退火处理。
经380℃×6h退火处理后的铝箔毛料，化合物尺寸峰值在2-3μm，样品中小于2μm的第二相占20％左右；再经冷轧变形和210℃×9h的退火处理，析出物增多、细化，化合物尺寸主要集中在1～3μm之间，小于2μm的第二相达到了30％以上，小于1μm的第二相则增加至8％左右。表明铝箔毛料中的化合物一方面因冷轧变形而破碎，同时第二步的退火处理使析出化合物数量增多，因而进一步降低了基体中Fe、Si固溶度。用这样的铝箔毛料生产双零箔，成品率可达85％以上。
权利要求
1.一种利用多元第二相相变调整铝基固溶体成分的工艺方法，其特征在于该工艺方法是利用铝箔用铝合金中存在的几种不同类型的相变反应，通过控制相变热力学和动力学条件，控制相变反应的发生和反应程度实现对固溶体成分的调整，以达到对铝箔毛料Fe、Si固溶度及处理工艺的有效调控。
2.根据权利要求1所述的利用多元第二相相变调整铝基固溶体成分的工艺方法，其特征在于在 相脱溶反应温度340℃～400℃范围内，同时发生多元第二相相变反应βp( )→αc( )，其中，x1/y1＞x2/y2。
3.根据权利要求1所述的利用多元第二相相变调整铝基固溶体成分的工艺方法，其特征在于在340℃～400℃温度范围内，αc( )相的脱溶反应和βp( )→αc( )的相变反应过程存在着最佳固溶贫化点，即Fe、Si元素在Al基体中的固溶度随退火时间的延长而减小，当达到某一极小值后又随退火时间的延长而增加。
4.根据权利要求1所述的利用多元第二相相变调整铝基固溶体成分的工艺方法，其特征在于，在340℃～400℃温度范围内，αc( )相的脱溶反应和βp( )→αc( )的相变反应过程进行中超过最佳固溶贫化点后，基体中Fe、Si固溶度和Fe/Si比的变化将导致另一新相βb( )的形成，其中，x3/y3＜x1/y1。
5.根据权利要求1所述的利用多元第二相相变调整铝基固溶体成分的工艺方法，其特征在于βb( )相的形成将导致铝基体中Fe、Si元素固溶度进一步降低至低于最佳固溶贫化点的固溶度。
6.根据权利要求1所述的利用多元第二相相变调整铝基固溶体成分的工艺方法，其特征在于βb( )相的形成可通过30％-70％的冷轧变形及变形后在160℃～240℃的温度范围内退火而得到加速。
7.根据权利要求1所述的利用多元第二相相变调整铝基固溶体成分的工艺方法，其特征在于该工艺方法可根据成品箔材的不同厚度，通过控制相变反应的发生和反应程度来调整基体中Fe、Si元素的固溶度。
全文摘要
本发明涉及一种利用多元第二相相变调整铝基固溶体成分的工艺方法，特别是涉及一种调整铝箔毛料固溶体成分的工艺方法。该工艺方法是利用铝箔用铝合金中存在的几种不同类型的相变反应，通过控制相变热力学和动力学条件来控制相变反应的发生和反应程度，从而实现对铝基固溶体成分的有效调整，以达到对铝箔毛料Fe、Si固溶度、组织结构及处理工艺的最优化调控。本发明提供的工艺方法适用于1×××系、8×××系铝合金。
文档编号C22F1/04GK1399004SQ0214047
公开日2003年2月26日 申请日期2002年7月16日 优先权日2002年7月16日
发明者张静, 潘复生, 汤爱涛, 丁培道, 王文高 申请人:重庆大学