铝加工基础知识培训教材 铝加工基础知识培训教材 目录 1 铝的发展历史铝的发展历史 2 铝的特点铝的特点 3 铝及铝合金分类铝及铝合金分类 4 变形铝及铝合金状态代号变形铝及铝合金状态代号 5 常用铝及铝合金常用铝及铝合金 6 铝及铝合金应用及市场需求状况铝及铝合金应用及市场需求状况 7 铝工业生产概况铝工业生产概况 8 铸轧生产基础知识铸轧生产基础知识 9 冷轧生产基础知识冷轧生产基础知识 10 铝箔生产基础知识铝箔生产基础知识 11 铝加工产品标准简介铝加工产品标准简介 12 铝及铝合金术语铝及铝合金术语 1 铝的发展历史 铝 Al 是一种呈银白色的轻金属 是地壳中储量最多的一种金属元素 约占地壳总重量的 8 2 居四大金属元素 Al Fe 5 1 Mg 2 1 Ti 0 6 之首 铝作为化学元素是在 1825 年发现的 1888 年即进行工业规模化的生产 铝及铝合金的应用才 得到了飞速发展 目前 铝的工业化生产已经成为仅次于钢铁的第二大金属材料 2 铝的特点 重量轻 铝的密度为 2 7 103Kg m3 约为钢铁 铜密度 分别为 7 8Kg m3 8 9Kg m3 的 1 3 优秀的电 热传导性和塑性变形性能 色泽美观 耐腐蚀高 表面易生成一层致密 牢固的 Al2O3 保护膜 可强化 纯铝强度很底 不适宜作结构材料 在铝中加入其它元素形成铝合 金 可大大提高其机械性能 某些铝合金比强度可与合金钢媲美 而比刚度则超过了钢 无磁性 广泛用于仪表行业 无毒性 广泛用于饮料 食品包装及容器 良好的回收性 再生铝的特性与原生铝几乎没有差别 易回收重熔 3 铝合金的分类 1 按合金元素划分 这是目前国际上通用的标准 1XXX 系列 纯铝系列 铝含量 99 00 2XXX 系列 Al Cu 系列 3XXX 系列 Al Mn 系列 4XXX 系列 Al Si 系列 5XXX 系列 Al Mg 系列 6XXX 系列 Al Mg Si 系列 7XXX 系列 Al Zn Mg 系列 其他元素为 8XXX 系列 备用组别为 9XXX 系列 2 按热处理可否强化可分为 A 热处理可强化合金 B 热处理不可强化合金 3 按性能用途分类 纯铝 防锈铝 硬铝 超硬铝 特殊铝等 4 变形铝及铝合金状态代号 F 自由加工状态 适用于在成型过程中 对于加工硬化和热处理条件无特殊要求的产品 状 态产品的力学性能不作规定 O 完全退火状态 适用于经完全退火状态获得最低强度的加工产品 1 HXX 加工硬化状态 1 H1X 单纯加工硬化状态 适用于未经附加热处理 只经加工硬化 既获得所需强度的状态 2 H2X 加工硬化 不完全退火状态 适用于加工硬化程度超过成品规定 要求后 经不完全退火使强度降低到规定指标的产品 对于室温下自然时效软化的合金 H2X与对应 的H3X具有相同的最小极限抗拉强度 对于其他合金 H2X与对应的H1X具有相同的最小极限抗拉强度 值 但是延伸率比H1X稍高 HX1 小于 10 HX2 15 的变形量 又称 1 4 硬状态 HX4 35 的变形量 又称半硬 状态 HX6 55 的变形量 又称 3 4 硬状态 HX8 75 的变形量 又称全硬状态 H后面的第 2 位数字表示产品的加工硬化程度 数字 8 表示硬状态 数字 9 表示超硬状态 通 常用O状态的最小抗拉强度与表 1 规定的强度差值之和 来规定HX8状态的最小抗拉强度 5 常用铝及铝合金 5 1 纯铝 纯铝又分为高纯铝和工业纯铝 5 1 1 高纯铝 铝含量 99 80 纯铝即为高纯铝 5 1 2 工业纯铝 Al 含量从 99 00 99 70 主要杂质元素为 Fe Si 5 2 Al Mn 防锈铝系 常见为 3003 其主要合金元素为 Mn Si Fe Cu 属于热处理不可强化合 金 是一种具有优良塑性和抗蚀性及中等强度的合金 5 3 Al Mg 系合金 该系的常见为 5052 5082 5083 5182 5 4 Al Si 系合金 该系的常见有 4004 5 5 8XXX 系列合金 8011 8006 8111 8021 8079 6 铝及铝合金应用及市场需求状况 铝及铝合金应用及市场需求状况 由于铝及铝合金具有上述一系列优异特性 使其广泛应用于交通运输 包装容器 建筑装饰 航 空航天 机械电器 电子通讯 石油化工 能源动力 文体卫生等多个领域 成为人们日常生活 中的重要基础材料 铝的主要消费领域和产品结构组成在发达国家和我国之间存在着较大差距 7 铝工业生产概况 铝工业生产概况 铝及铝合金加工的方法 1 压延 轧制 2 挤压 3 锻造 轧制目的 使铸造板块或坯料减薄到技术参数合乎需要的加工板带箔 且表面质量 机械 冶金 性能均要符合要求 轧制过程 金属在轧辊之间受到轧辊的压力而发生变形的过程 其最主要的变形是在厚度和长度 方向上的变形 热轧时一般没有张力或张力很小 所以宽展较大 而冷轧因张力的作用宽展很 小甚至为负 2 在每个道次 轧制过程可分为以下几个阶段 咬入和曳入阶段 稳定轧制阶段 轧制终了阶段 目前生产铝板带箔材有两条不同的工艺路线 1 铝锭重熔 铸造 热轧 冷轧 箔轧 2 铝锭重熔 铸轧 冷轧 箔轧 另外 直接采用电解铝液铸轧或铸造生产铝板带箔材的新型工艺路线 这是一条短流程 高效 节能 符合当前国家产业政策的生产路线 有着可观的经济效益和十分光明的前景 采用铸轧法生产板带箔材工艺与热轧开坯法生产板带箔材工艺减少了均热 锯切 铣面 加热 热轧开坯等工序 加工工艺流程短 大大节省了能耗和设备投资 降低了生产成本 工艺相对简 单 见效快 目前在国内大多铝加工厂以该工艺生产 某些厂家用连续铸轧产品作为空调箔 甚 至双零箔的坯料都非常成功 铸轧生产的合金品种少 后续加工率小 产品内部组织 力学性能和表面质量均受到一定限制 某些硬合金或特殊合金还无法生产 采用电解铝液直接铸造 铸轧与铝锭重熔铸造 铸轧比 可以节省铝锭重熔时的能耗 减少金属 烧损 节约资源 降低生产成本 是一条有着广阔前景的工艺路线 电解铝液长时间处于 900 以上的高温 含气含渣量高 熔体中晶核钝化 给铸造 铸轧带来了 很大困难 特别是对高质量要求的铝板带箔产品和特殊合金尚不能批量生产 以熔铸 热轧方式生产铝板带箔材 该加工工艺适合大规模大批量的生产加工 生产的产品种类 比较齐全 并且产品表面质量 内部组织和力学性能都比较的好 但是设备投资很大 而且工艺 比较复杂 而连铸连轧技术在铝加工行业还很不成熟 风险性比较高 8 铸轧生产基础知识 8 1 铸轧的定义 铝液通过布流器均匀布流后 流入带冷却水的两根相对旋转的轧辊之间 经过冷凝轧制成铝板 带的过程 称为铸轧 8 2 铸轧的特点和优势 1 铸轧设备具有结构紧凑 生产流程短等特点 2 连续铸轧生产技术以简单的铸轧形式 代替了通常生产铝板带坯料所需要的铸造 锯切 铣面 加热 热轧等全部工序 简化了生产工艺 3 铸轧车间基建投资少 占地面积小 见效快 生产周期短 能耗少 成本低 经济效益显著 8 3 铸轧的缺点 铸轧所能生产的合金品种单调 不能生产高强度合金 产品性能不如热轧生产 8 4 铸轧关键技术 1 熔体净化 采用高纯混合气体 氩气加少量氯气 喷吹熔剂粉进行精炼 采用日本三井制造的除气箱除气 处理效率 140kg 分钟 铝液中的含气量可以控制在 0 10ml 100gAl 以下 铝中碱金属的含量可控 制在 5ppm 以下 采用过滤板孔径大小 30 50ppi 陶瓷过滤片进行过滤 过滤精度为大于 0 01mm 的固体颗粒除净率 90 2 成分控制 将合金成分严格控制在国家标准范围内 达到后续加工的要求 主要是通过熔炼前的配料计算 3 熔炼中的成分分析和调整来控制 凡是价格高于铝的金属添加剂 如铜 在成分控制时应走低限 凡是价格低于铝的金属添加剂 如铁 在成分控制时应走高限 3 板型控制 采用倾斜式超型铸轧机 板型符合有色标准 YS T90 名称 铝及铝合金铸轧带材 能够满 足后续产品的深加工 板型与设备状况和操作都有重大关系 8 5 铸轧生产工艺流程图 基点 A 1 23 456 7 8 图 1 铸轧生产工艺流程图 1 除气系统 2 过滤系统 3 液面控制 4 铸嘴 5 铸轧机 6 喷涂系统 7 剪切机 8 板卷 9 冷轧生产基础知识 9 1 冷轧的定义和特点冷轧的定义和特点 在金属和合金的再结晶温度以下进行的轧制变形 冷轧产生加工硬化 金属的强度和变形抗力增加 塑性降低 可以获得厚度较薄的板带材 产品 尺寸精度高 表面品质和板形好 组织和性能均匀 1 可以获得 0 1mm 左右薄的板带材 2 产品尺寸精确 有的可达 0 3 m 以下 3 平整度好 40I 以下 4 表面光洁 5 产品组织性能好 9 2 基本概念基本概念 1 轧制 靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拉进旋转的轧辊间 借助与轧辊施加 压力使金属发生塑性变形的过程 通过轧制使金属具有一定形状 尺寸和性能 2 绝对压下量 h H h h 绝对压下量 mm H 轧件轧前厚度 mm h 轧件轧后 厚度 mm 加工率 h H 100 3 冷轧总加工率 两次退火间总的冷轧压下率 在允许的条件下 尽量采用大的加工率 4 硬制品和特硬制品 一般来说 H18 状态加工率在 75 以上 H19 状态在 85 以上 5 半硬制品 获得性能通常采用两种工艺 一种成品控制退火温度 H2n 较困难 第二 种是控制经完全退火铝材的总加工率 H1n 较容易 获得同一抗拉强度第 一种的延伸率大于第二种 但第一种的比较分散 4 10 铝箔生产基础知识 10 1 铝箔的定义 铝箔是一种具有银白色 热光反射性能较高 有良好的防潮性能及保香 防臭 无毒 无菌 易于压花 染色和印花 厚度不大于 0 2mm 的极薄铝板带材 10 2 铝箔的分类 1 按生产方法上的不同分为 带式轧制法和真空沉积法 2 按供货形状上的不同分为 卷状和片状 一般需要深加工毛料的大多数呈卷状供应 而少数手工业包装场合才用片状 3 按状态或材质上的不同分为 硬质箔 H18 半硬质箔 H12 H14 H16 和 H22 H24 H26 和软质箔 O 4 按表面状态上的不同分为 一面光铝箔和两面光铝箔 5 按加工状态上的不同分为 素箔 压花箔 复合箔 涂层箔 上色铝箔和印刷铝箔 10 3 铝箔的性质 1 防潮性能良好 对照光线观测具有针孔的铝箔的防潮性能比没有针孔的塑性薄膜的要强的多 这是因为透气孔 的直径是临界的 当直径小于 5um 时 在可测量到的范围内不传递氧气和水蒸气 而塑料的高分子 链相互间距较大 不能防止水气渗透 铝箔的这一性能在各种包装行业得到了广泛的应用 2 绝热性能 铝箔的绝热性能表现在它表面的热辐射性能上 铝是一种温度辐射性能极差而对太阳光反射性 能很强的金属 铝箔对辐射能的吸收和发射率特别小 铝箔表面允许的最高温度是 350 在更高 的温度下它的表面将变黑 失去绝热性能 3 电学性能 铝是仅次于金 银 铜的电的良导体 铝的等体积电导率为 57 62 IACS 但当把铝箔绕成 圈或绕粗时 因为其表面积增大 所以铝箔的电导率推荐为 60 80 IACS The End 付世强 2009 11 13 附录 1附录 1 1 YS T 90 2002 铝及铝合金铸轧带材 2 GB 3880 1 2006 T 一般工业用铝及铝合金板 带材 3 GB T 3198 2003 铝及铝合金箔 附录 2附录 2 铝及铝合金术语 A 5