退火工藝對(duì)4043鋁合金桿力學(xué)性能的影響研究

紀(jì)劍峰 王歡

（新疆眾和股份有限公司烏魯木齊 830013）

前言

鋁合金焊絲是鋁合金焊接所必須的填充材料，在車輛、船舶、建筑、橋梁、化工機(jī)械等所有用到鋁合金的場(chǎng)合都有應(yīng)用需求[1-22]。4043 鋁合金熔化后的流動(dòng)性好，不易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋，鑄造性和可焊性良好，是用量較大的釬焊料[3]。

采用連鑄連軋法生產(chǎn)的4043 鋁合金桿是4043鋁合金焊絲的生產(chǎn)原料，為了便于拉拔加工4043 鋁合金桿需要經(jīng)過(guò)退火來(lái)消除合金桿內(nèi)部的加工硬化和殘余應(yīng)力，若退火工藝不合適將造成后續(xù)拉拔過(guò)程頻繁斷線[4]。因此，本文研究了退火溫度、退火時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)4043 鋁合金桿力學(xué)性能的影響，從而為提高焊絲生產(chǎn)效率、降低加工成本提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用4043 鋁合金桿為連鑄連軋法生產(chǎn)，退火前其物理性能如下表1所示，規(guī)格為9.5mm。

表1 4043鋁合金桿退火前物理性能

退火爐具有在室溫至1000℃范圍內(nèi)升溫及穩(wěn)定溫度的能力，配有風(fēng)扇作為均勻溫度的設(shè)施，保證整個(gè)爐膛內(nèi)溫度偏差不超過(guò)3℃。測(cè)試抗拉強(qiáng)度使用CMT4204型20KN微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。測(cè)試伸長(zhǎng)率所有游標(biāo)卡尺：1000±0.1mm，符合GB 1214規(guī)定。

1.2 物理性能指標(biāo)檢驗(yàn)方法

按GB/T 4909.3 的規(guī)定進(jìn)行拉力試驗(yàn)測(cè)試抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，拉力試驗(yàn)機(jī)夾頭移動(dòng)速度為50mm/min。測(cè)量伸長(zhǎng)率時(shí)試件的標(biāo)距長(zhǎng)度為250mm。

1.3 退火方案設(shè)計(jì)

主要考慮退火時(shí)間和退火溫度對(duì)4043鋁合金桿抗拉強(qiáng)度和電阻率的影響。退火溫度從380℃至460℃，間隔為20℃；退火時(shí)間從2h至10h，間隔為2h。退火爐溫度曲線及入料、取料操作規(guī)定如下圖1所示。

圖1 退火爐溫度曲線及入料、取料操作規(guī)定

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 退火溫度對(duì)4043合金桿物理性能的影響

按照實(shí)驗(yàn)設(shè)定的退火工藝對(duì)4043 合金桿退火后，檢測(cè)其抗拉強(qiáng)度指標(biāo)變化分別如圖2所示?？梢钥闯鐾嘶饻囟葘?duì)4043 合金桿的抗拉強(qiáng)度影響顯著，隨著退火溫度的提升，抗拉強(qiáng)度指標(biāo)不斷降低，但溫度超過(guò)420℃后，下降趨勢(shì)明顯減緩。

為了降低4043合金桿在焊絲生產(chǎn)過(guò)程中的拉拔斷線頻次，客戶要求4043 合金桿退火后抗拉強(qiáng)度在130～140MPa 范圍。因此根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合客戶要求，應(yīng)將4043合金桿的退火溫度控制在420～460℃范圍內(nèi)，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)4043 鋁合金桿退火前后抗拉強(qiáng)度的差值為40～50MPa，代表著退火過(guò)程對(duì)加工硬化的消除效果較好[5]。

4043 合金桿退火6h 后檢測(cè)其伸長(zhǎng)率指標(biāo)變化如圖3 所示。伸長(zhǎng)率指標(biāo)的變化規(guī)律與抗拉強(qiáng)度呈相反趨勢(shì)，隨著退火溫度的提升，伸長(zhǎng)率不斷提高，且溫度超過(guò)420℃后上升趨勢(shì)減緩?？蛻粢?043合金桿退火后伸長(zhǎng)率不低于25%，因此建議應(yīng)將4043合金桿的退火溫度控制在400℃以上。

結(jié)合退火溫度對(duì)4043合金桿抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的綜合影響，為了滿足客戶的要求，并獲得良好的加工硬化消除效果，應(yīng)將退火溫度控制在420-460℃。

圖2 退火溫度對(duì)4043合金桿抗拉強(qiáng)度的影響（6h）

圖3 退火溫度對(duì)4043合金桿伸長(zhǎng)率的影響（6h）

圖4 退火時(shí)間對(duì)4043合金桿抗拉強(qiáng)度的影響（420℃）

圖5 退火時(shí)間對(duì)4043合金桿伸長(zhǎng)率的影響（420℃）

2.2 退火時(shí)間對(duì)4043合金桿物理性能的影響

在420℃退火溫度下退火時(shí)間對(duì)4043 合金桿物理性能的影響結(jié)果如圖4、圖5 所示。圖4 是退火時(shí)間對(duì)4043 鋁合金桿抗拉強(qiáng)度的影響，可以看出退火時(shí)間對(duì)4043 合金桿的抗拉強(qiáng)度影響并不顯著，2～10小時(shí)內(nèi)抗拉強(qiáng)度的變化不到10MPa。隨著退火溫度的提升抗拉強(qiáng)度不斷降低，但退火時(shí)間達(dá)到8小時(shí)后抗拉強(qiáng)度不再繼續(xù)降低。根據(jù)客戶對(duì)抗拉強(qiáng)度的要求，應(yīng)將4043合金桿的退火時(shí)間控制在6h以內(nèi)。

圖5 為420℃退火溫度下4043 合金桿伸長(zhǎng)率隨退火時(shí)間的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與退火溫度相比，退火時(shí)間對(duì)伸長(zhǎng)率的影響并不顯著，且伸長(zhǎng)率指標(biāo)的變化與抗拉強(qiáng)度呈相反規(guī)律，即隨著退火時(shí)間的延長(zhǎng)伸長(zhǎng)率提高，但退火時(shí)間超過(guò)6h 后伸長(zhǎng)率不再繼續(xù)增大。結(jié)合客戶對(duì)伸長(zhǎng)率≥25%的要求，建議將4043合金桿的退火時(shí)間控制在4h以上。

綜上所述，結(jié)合退火時(shí)間對(duì)4043 合金桿抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響，以及下游客戶的加工要求，應(yīng)將退火時(shí)間控制在4～6h。

3 結(jié)論

在380℃至460℃、間隔20℃，退火時(shí)間2h 至10h、間隔為2h 的條件下進(jìn)行退火實(shí)驗(yàn)，研究退火溫度、退火時(shí)間對(duì)4043 鋁合金桿抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響，得出以下結(jié)論：

1）退火溫度對(duì)4043合金桿的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率影響顯著，隨著退火溫度的提升，抗拉強(qiáng)度指標(biāo)不斷降低，伸長(zhǎng)率不斷提高，但溫度超過(guò)420℃后，變化趨勢(shì)明顯減緩。

2）為了滿足客戶對(duì)4043合金桿抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的要求，將退火溫度控制在420-460℃為宜。

3）與退火溫度相比，退火時(shí)間對(duì)4043 合金桿抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的影響并不顯著。隨著退火時(shí)間的延長(zhǎng)抗拉強(qiáng)度不斷降低、伸長(zhǎng)率不斷提高，但當(dāng)退火時(shí)間超過(guò)一定時(shí)間后指標(biāo)將不再變化。

4）為了滿足下游客戶對(duì)4043 合金桿的加工要求，建議將退火時(shí)間控制在4-6h。