摘 要:某鋁合金箔在生產(chǎn)過程中發(fā)生斷帶,采用宏觀觀察、化學(xué)成分分析、金相檢驗、掃描電鏡 和能譜分析等方法對其斷帶原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明:在鋁合金箔的厚度較小時,夾雜物影響了軋 制過程中的金屬流動,形成了孔洞和裂紋,裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致鋁合金箔發(fā)生斷帶。

關(guān)鍵詞:鋁合金箔;斷帶;夾雜物;裂紋

中圖分類號:TB31;TG115.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號:1001-4012(2023)02-0028-03

鋁合金箔一般是指厚度小于0.1mm 的鋁合金 壓延扁平材,多指1,3,8系的變形鋁合金。在生產(chǎn) 過程 中,鋁 合 金 箔 冷 軋 機(jī) 運 轉(zhuǎn) 速 率 一 般 大 于 800m/min,以提高鋁合金箔的產(chǎn)量,提升工廠交付 能力。

為了保證鋁合金箔版型平整、表面清潔,并減少 工作輥和鋁合金箔表面的摩擦,需要使用鋁合金箔 冷軋軋制油[1-3]。鋁合金箔的生產(chǎn)速率大,油汽在軋 制熱量的作用下,在輥縫處蒸騰成油霧。鋁合金箔 斷帶后形成的沖擊熱量會瞬間爆燃油霧,導(dǎo)致火災(zāi), 造成生產(chǎn)中斷和設(shè)備損壞,給生命財產(chǎn)帶來重大損 失[4]。

某鋁合金箔的牌號為1060,使用鑄軋工藝生產(chǎn) 7mm厚的鋁板,經(jīng)過冷軋到3mm 厚度,再結(jié)晶退 火溫度為300℃,再將其冷軋到0.04mm 厚度。鋁 合金箔成品反復(fù)出現(xiàn)斷帶,并且在斷口附近發(fā)現(xiàn)縱 向裂紋,且箔帶表面發(fā)現(xiàn)點狀缺陷,在輥縫內(nèi)斷口發(fā) 生扭曲和擠壓變形。筆者采用一系列理化檢驗方法 對鋁合金箔的斷帶原因進(jìn)行分析,以防止該類事故 再次發(fā)生。

1 理化檢驗

1.1 宏觀觀察

某鋁合金箔斷帶的宏觀形貌如圖1所示。由圖 1可知:斷帶斷口附近有縱向裂紋,斷帶上有點狀 缺陷。

采用基恩士3D 顯微系統(tǒng) VHZ-250對斷帶鋁 箔的表面進(jìn)行觀察。

1.2 化學(xué)成分分析

對鋁合金箔斷帶的化學(xué)成分進(jìn)行分析,結(jié)果如 表1所示。由表1可知,其化學(xué)成分分析結(jié)果符合 標(biāo)準(zhǔn) GB/T3190—2020 《變形鋁及鋁合金化學(xué)成 分》要求。

1.3 金相檢驗

在箱式退火爐中對軋制態(tài)的鋁合金箔進(jìn)行再結(jié) 晶退火,退火溫度為300℃,保溫時間為2h,推斷原 始組織對材料韌性的影響。鋁合金箔經(jīng)過再結(jié)晶退 火,形成再結(jié)晶組織,在光學(xué)顯微鏡下觀察,鋁合金 箔斷帶的再結(jié)晶顯微組織形貌如圖2所示,其平均 晶粒尺寸為48μm。

冷軋斷帶鋁合金箔表面的微觀形貌如圖3所 示,由圖3可知,垂直于軋制方向出現(xiàn)了很多條裂 紋,長度不一致,深度沒有貫穿鋁合金箔的厚度。

1.4 掃描電鏡和能譜分析

對斷口處進(jìn)行掃描電鏡(SEM)和能譜分析,結(jié) 果如圖4所示。由圖4可知,斷口為撕裂狀,且河流 狀花樣特征明顯。

對斷口附近的裂紋進(jìn)行掃描電鏡和能譜分析, 結(jié)果如圖5所示。

在裂紋附近的基體中發(fā)現(xiàn)異常顆粒,顆粒物的 Si、Fe元素含量較高,還有 Cl、K、Na等異常元素。 其SEM 形貌、能譜分析位置和能譜圖如圖6所示。

2 綜合分析

在連鑄連軋工藝中,工藝流程包括熔煉、精煉、 除氣、鑄軋等。在熔煉過程中,為了降低燒損、減少 鋁中夾雜、減少吸氣,需要加入含有氯鹽成分的覆蓋 劑。熔化完成后,為了進(jìn)一步凈化熔體,需要噴入精 煉劑,工業(yè)中經(jīng)常使用精煉劑的有效成分也含有 氯鹽。

熔體精煉完成后,還要通過陶瓷孔板進(jìn)一步過 濾雜質(zhì)。過濾后,通過鑄軋輥冷卻和適度軋制,形成 鑄軋板。鑄軋板是冷軋的坯料,冷軋中使用軋制油 進(jìn)行潤滑和冷卻,保證冷軋產(chǎn)品的尺寸、表面質(zhì)量和 板形。經(jīng)過多次冷軋后,形成不同厚度的鋁板帶或 者鋁箔。

鋁合金箔斷口的化學(xué)成分無異常,由于冷軋過 程中使用軋制油,油存儲于裂紋處,能譜分析后 C 元素含量極高。斷口附近的裂紋處發(fā)現(xiàn)了氯鹽和 Fe、Si元素,來自于熔煉過程中使用的覆蓋劑、精煉 劑以及含有Si、Fe元素的添加劑。熔體在精煉后沒 有經(jīng)過充分靜置,使精煉劑與鋁液充分反應(yīng),懸浮脫 離。含有Si、Fe元素的添加劑沒有在熔煉階段充分 擴(kuò)散、吸收,形成夾雜物。帶有氯鹽和合金添加劑的 鋁液熔體通過陶瓷孔板后,較大尺寸的顆粒被過濾 消除,而較小尺寸的夾雜物透過陶瓷孔板進(jìn)入鑄軋 機(jī),經(jīng)過軋制形成鑄軋板中的夾雜物。

這些夾雜物為無機(jī)鹽顆粒、Fe元素和Si元素 的顆粒,與鋁合金相比硬而脆,變形能力極差。在隨 后的冷軋過程中,在冷軋初期,在厚度方向上發(fā)生變 形,尺寸較小的夾雜顆粒不會對軋制表面產(chǎn)生顯著 影響。軋制過程中,厚度不斷減小,當(dāng)厚度接近夾雜 物尺寸時,顆粒物的影響較大,由于顆粒物變形能力 極差,金屬流動不連續(xù),在顆粒物破損的同時形成了 孔洞,夾雜物尺寸越大,孔洞尺寸越大。在張力的作用下,孔洞擴(kuò)展導(dǎo)致鋁合金箔發(fā)生斷帶。尺寸較小 的顆粒鑲嵌于基體中,并導(dǎo)致裂紋。

3 結(jié)論

(1)鋁合金箔的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)要求,其顯 微組織細(xì)小均勻。

(2)鑄軋板中存在氯鹽以及含F(xiàn)e、Si元素的顆 粒等夾雜物,夾雜物來自于鋁熔體。

(3)在鋁合金箔的厚度較小時,夾雜物影響了 軋制過程中的金屬流動,形成了孔洞,并進(jìn)一步形成 裂紋,裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致鋁合金箔發(fā)生斷帶。

(4)在熔煉和精煉過程中,需要控制溫度和時 間,讓合金添加劑充分吸收,精煉劑要充分懸浮,以 提高鋁液的純凈度,避免發(fā)生斷帶,從而提高冷軋機(jī) 組的安全性。

參考文獻(xiàn):

[1] 路麗英,王祝堂.中國鋁加工業(yè)概況[J].輕合金加工 技術(shù),2019,47(1):1-7.

[2] 姜寧,王日俠.高功效、低油斑軋制油添加劑與潤滑 油的研制[J].有色金屬加工,2014,43(1):25-27,57.

[3] 黃灝,曾蘭英.鋁冷軋制油的研制[J].潤滑油,2003, 18(5):27-31.

[4] 陳宏才.電子鋁箔生產(chǎn)車間的安全因素分析及防范 措施[J].有色金屬加工,2015,44(1):32-33,62.

<文章來源>材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 59卷 > 2期 (pp:28-30)>