退火工艺对4043铝合金杆力学性能的影响研究

2021-04-21纪剑峰王欢

新疆有色金属 2021年1期

纪剑峰王欢

（新疆众和股份有限公司乌鲁木齐 830013）

前言

铝合金焊丝是铝合金焊接所必须的填充材料，在车辆、船舶、建筑、桥梁、化工机械等所有用到铝合金的场合都有应用需求[1-22]。4043 铝合金熔化后的流动性好，不易产生结晶裂纹，铸造性和可焊性良好，是用量较大的钎焊料[3]。

采用连铸连轧法生产的4043 铝合金杆是4043铝合金焊丝的生产原料，为了便于拉拔加工4043 铝合金杆需要经过退火来消除合金杆内部的加工硬化和残余应力，若退火工艺不合适将造成后续拉拔过程频繁断线[4]。因此，本文研究了退火温度、退火时间等关键参数对4043 铝合金杆力学性能的影响，从而为提高焊丝生产效率、降低加工成本提供参考。

1 实验

1.1 实验材料和设备

实验所用4043 铝合金杆为连铸连轧法生产，退火前其物理性能如下表1所示，规格为9.5mm。

表1 4043铝合金杆退火前物理性能

退火炉具有在室温至1000℃范围内升温及稳定温度的能力，配有风扇作为均匀温度的设施，保证整个炉膛内温度偏差不超过3℃。测试抗拉强度使用CMT4204型20KN微机控制电子万能试验机。测试伸长率所有游标卡尺：1000±0.1mm，符合GB 1214规定。

1.2 物理性能指标检验方法

按GB/T 4909.3 的规定进行拉力试验测试抗拉强度和伸长率，拉力试验机夹头移动速度为50mm/min。测量伸长率时试件的标距长度为250mm。

1.3 退火方案设计

主要考虑退火时间和退火温度对4043铝合金杆抗拉强度和电阻率的影响。退火温度从380℃至460℃，间隔为20℃；退火时间从2h至10h，间隔为2h。退火炉温度曲线及入料、取料操作规定如下图1所示。

图1 退火炉温度曲线及入料、取料操作规定

2 实验结果与分析

2.1 退火温度对4043合金杆物理性能的影响

按照实验设定的退火工艺对4043 合金杆退火后，检测其抗拉强度指标变化分别如图2所示。可以看出退火温度对4043 合金杆的抗拉强度影响显著，随着退火温度的提升，抗拉强度指标不断降低，但温度超过420℃后，下降趋势明显减缓。

为了降低4043合金杆在焊丝生产过程中的拉拔断线频次，客户要求4043 合金杆退火后抗拉强度在130～140MPa 范围。因此根据实验结果结合客户要求，应将4043合金杆的退火温度控制在420～460℃范围内，在这个温度范围内4043 铝合金杆退火前后抗拉强度的差值为40～50MPa，代表着退火过程对加工硬化的消除效果较好[5]。

4043 合金杆退火6h 后检测其伸长率指标变化如图3 所示。伸长率指标的变化规律与抗拉强度呈相反趋势，随着退火温度的提升，伸长率不断提高，且温度超过420℃后上升趋势减缓。客户要求4043合金杆退火后伸长率不低于25%，因此建议应将4043合金杆的退火温度控制在400℃以上。

结合退火温度对4043合金杆抗拉强度和伸长率的综合影响，为了满足客户的要求，并获得良好的加工硬化消除效果，应将退火温度控制在420-460℃。

图2 退火温度对4043合金杆抗拉强度的影响（6h）

图3 退火温度对4043合金杆伸长率的影响（6h）

图4 退火时间对4043合金杆抗拉强度的影响（420℃）

图5 退火时间对4043合金杆伸长率的影响（420℃）

2.2 退火时间对4043合金杆物理性能的影响

在420℃退火温度下退火时间对4043 合金杆物理性能的影响结果如图4、图5 所示。图4 是退火时间对4043 铝合金杆抗拉强度的影响，可以看出退火时间对4043 合金杆的抗拉强度影响并不显著，2～10小时内抗拉强度的变化不到10MPa。随着退火温度的提升抗拉强度不断降低，但退火时间达到8小时后抗拉强度不再继续降低。根据客户对抗拉强度的要求，应将4043合金杆的退火时间控制在6h以内。

图5 为420℃退火温度下4043 合金杆伸长率随退火时间的变化。实验结果表明，与退火温度相比，退火时间对伸长率的影响并不显著，且伸长率指标的变化与抗拉强度呈相反规律，即随着退火时间的延长伸长率提高，但退火时间超过6h 后伸长率不再继续增大。结合客户对伸长率≥25%的要求，建议将4043合金杆的退火时间控制在4h以上。

综上所述，结合退火时间对4043 合金杆抗拉强度和伸长率的影响，以及下游客户的加工要求，应将退火时间控制在4～6h。