电视背板用3104铝合金冷轧带材冲压开裂的原因分析与改进措施_陈祚启

3 分析、比较与讨论
A1 与 A2 相比除了前者的的 Mn 含量比后者低 外，其余工艺条件均一致。A1 冲压后质量完好，而 A2 出现了冲压开裂的缺陷。从杯突试验结果看 A1 的 IE 为 9． 2 ～ 9． 8mm，A2 的 IE 为 7． 0 ～ 7． 5mm，A1 比 A2
图 3-a A1
图 3-b A2
0． 05 ～ 0． 25 0． 15 ～ 0． 2 0． 15 ～ 0． 2
0． 8 ～ 1． 4 0． 85 ～ 0． 95
1． 2 ～ 1． 4
Mg
0． 8 ～ 1． 3 1． 15 ～ 1． 2 1． 15 ～ 1． 2
Zn
0． 25 0． 05 0． 05
其他 Ti
单个 合计
0． 1 0． 05 0． 15
关键词： 3104 铝合金； 冲压开裂； 锰； 第二相粒子； 杯突值
中图分类号： TG339
文献标识码： A
文章编号： 1671 － 6795（ 2013） 06 － 0029 － 02
3104 铝合金具有适中的强度、良好的耐腐蚀性 能及优异的成型性能，是制造易拉罐、LED 电视背板、 电容器外壳、灯 头、天 花 吊 顶 等 的 理 想 材 料。 某 公 司 在采用“半连续熔炼与铸造→均匀化加热→热轧→冷 轧→退火→精整”法生产 LED 电视背板用 3104 铝合 金冷轧带材 时，出 现 不 同 程 度 的 冲 压 开 裂 缺 陷，经 过 工艺改进后才将这一问题解决。本文对此进行了总 结，研究了电视背板用 3104 铝合金冷轧带材冲压开 裂的原因，并提出了改进措施。
图 3 扁铸锭均匀化加热后的显微组织
Fig． 3 Microstructure of ingot after homogenizing heating
产生这种差异的根本原因在于 A1 与 A2 的内部 组织存在着较大不同。不论是成品带材的显微组织 还是扁铸锭均匀化加热后的显微组织，A1 的第二相 粒子都比 A2 形状规整、细小、分布均匀、弥散化。这 些第二相粒子往往存在于晶界及枝晶界，降低晶界结 合强度，在带 材 冷 加 工 变 形 加 剧 时，发 生 应 力 集 中 而 诱发微裂纹，当微裂纹进一步扩展后就造成了宏观上 的开裂缺陷。这些第二相粒子形状差异越大、边缘呈 多边形尖锐棱角越突出、尺寸越粗大、分布越不均匀， 就越容易引起应力集中诱发裂纹的产生［1］。
能越好。 试验 过 程 中，还 对 均 匀 化 加 热 后 的 铸 锭、成 品 带
材按要求取样，按照标准《GB / T 3246． 1 － 2012 变形 铝及铝合金制品组织检验方法 第 1 部分： 显微组织检 验方法》进行显微组织观察。
收稿日期： 2013 － 08 － 29 基金项目： 国家科技支撑计划资助项目（ 编号： 2012BAF09B04） ； 国际科技合作专项资助项目（ 编号： 2011DFＲ50950） 作者简介： 陈祚启（ 1984 ～ ） ，男，江西吉安人，助理工程师，主要从事铝板带箔生产工艺研究。
4 结论
1） 电视背板用 3104 铝合金冷轧带材冲压开裂的 （ 下转第 34 页）
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有色金属加工
第 42 卷
在 300℃ 制耳率明显下降，正如上述软化曲线得出的 结论一样，均火材料在 300℃ 时已完全再结晶，其内部 组织的变化带来其制耳率的下降。
与此同时，本试验也将成品 0． 5mm 厚的材料进 行了冲杯试验，测定材料制耳率在 2． 0 ～ 2． 6% ，结果 较为理想，满足材料深冲的使用要求。
参考文献
［1］佟长清． 3004 合金铸锭锰偏析及均匀化处理［J］． 轻合金加工技术， 1997，25（ 1） ： 31-36
［2］孙东立，姜石峰，高兴锡． 均匀化处理对 3004 铝合金显微组织的影 响［J］． 中国有色金属学报，1999，9（ 3） ： 556-561
［3］钟利，马英义，谢延翠． 铝合金中厚板生产技术［M］． 北京： 冶金工 业出版社，2009．
表 1 3104 铝合金化学成分（ 单位： wt% ） Tab． 1 Chemical composition of 3104 aluminum alloy
元素
Si
Fe
Cu
Mn
国标 A1 A2
0． 6 0． 17 ～ 0． 25 0． 17 ～ 0． 25
0． 8 0． 35 ～ 0． 45 0． 35 ～ 0． 45
Mn 是 3104 铝合金的主要合金元素。在 3104 铝合 金半连续铸造中，Mn 使 3104 铝合金具有很大的过冷能 力，加上 Mn 原子的扩散系数小，组织中产生了很大的 Mn 偏析，其中，70% 以上的 Mn 以过饱和固溶体的形式 存 在 于 α （ Al ） 基 体 中，一 部 分 以 MnAl6 、 α-（ FeMn） 3 SiAl12 、β-FeMnAl6 的形式与 α（ Al） 在晶界 形成连续网状的共晶体，另有少量的 MnAl6 以初晶存 在［2］。MnAl6 、β-FeMnAl6 均 为 粗 大 硬 脆 的 第 二 相 粒 子［3］。Mn 含量越大，形成粗大硬脆的的第二相粒子的 数量越多，塑性就越差，这种情况会一直遗传下去，这对 3104 铝合金的加工是非常不利的。在铸锭均匀化加热 的整个过程中，这些块状、片状且粗大的第二相粒子会 球化、细化； 同时，α（ Al） 基体中的 Mn 也会在晶粒内部 沉淀、析出细小的 MnAl6 相。但是，Mn 含量越高，偏析 越严重，形成的粗大硬脆的第二相粒子数量越多，越不 容易在铸锭均匀化加热过程中使其球化、细化［4］，这点 在扁铸锭均匀化加热后的显微组织中，A2 的第二相粒 子比 A1 粗大、不均匀可以得到证明。
6） 3005 H16 0． 5mm 手机电池壳用铝带的中间退 火厚度 0． 95mm，抗拉强度为 198 ～ 202MPa，延伸率为 2． 2% ～ 2． 6% ，经发往用户使用效果很好，已开始批 量生产。
参考文献
［1］王祝堂． 田荣璋． 铝合金及其加工手册［M］． 长沙： 中南大 学 出 版 社，2005．
［4］韩淑芝，娄明珠． 锰含量对 3004 铝合金组织的影响［J］． 轻金属， 1993，1： 61-63
Analysis and Improvement on 3104 Cold-rolled Strip Stamping Cracking for TV Backplane
CHEN Zuo-qi1 ，WANG Sen2 ，LIU Yu1 ，WEN Jian-Ping1
杯突值 IE（ mm） 9． 2 ～ 9． 8 7． 0 ～ 7． 5
2． 3 显微组织结果 成品带材及扁铸锭均匀化加热后合金显微检测
结果分别如图 2、图 3 所示。
图 2-a A1
图 2-b A2
图 2 成品带材的显微组织
Fig． 2 Microstructure of finished strip
第 42 卷 第 6 期 2013 年 12 月
有色金属加工 NONFEＲＲOUS METALS PＲOCESSING
Vol. 42 No. 6 December 2013
电视背板用 3104 铝合金冷轧带材冲压 开裂的原因分析与改进措施
陈祚启1 ，王森2 ，刘煜1 ，文建平1
（ 1． 广西柳州银海铝业股份有限公司，广西 柳州 545001； 2． 中铝河南铝业有限公司，河南 洛阳 471000）
0． 1 0． 03 0． 15
0． 1 0． 03 0． 15
Al
余量 余量 余量
由于带材最终产品要进行冲压，出厂前须检测带 材的深冲性能。行业内通行的做法是，按照标准《YS / T 419 － 2000 铝及铝合金杯突试验方法》进行杯突试 验。所谓杯突试验是一种冲压工艺性能试验，是用来 衡量金属材料深冲性能的试验方法，杯突试验得到的 试验结果———杯突值（ IE） 越大，即表明材料的深冲性
（ 上接第 30 页） 原因为 Mn 含量偏高，偏析严重导致带材中粗大、硬脆 的第二相粒子增多，晶界结合强度减小，塑性变差，杯 突值 IE 变小；
2） 铸锭均匀化加热有助于改善 3104 合金第二相 粒子的形状、大小及分布情况，改良 3104 合金的加工 性能，减小但不能完全消除其冲压开裂的倾向；
3） 为了得到冲压性能优异的电视背板用 3104 铝 合金冷轧带材，Mn 含量应该控制在 0． 85 ～ 0． 95% 。
摘 要： 试验研究了 Mn 元素对电视背板用 3104 铝合金冷轧带材冲压性能的影响，结果表明： Mn 元素含量越高，带材形
成粗大硬脆的第二相粒子的数量越多。这些粗大硬脆的第二项粒子使合金晶界结合强度减弱，降低了合金的杯突值，
造成了 3104 铝合金冷轧带材冲压开裂。为了使 3104 铝合金有优异的冲压性能，Mn 含量应控制在 0． 85 ～ 0． 95% 。
Study on technology of 3005 Alloy Strip for Mobile Battery Case
WANG Jing-hua
（ Northeast Light Alloy Co. Ltd. Harbin 150060，China）
Abstract： The paper analyzed the effects of ingot homogenizing annealing，different processing rate，annealing temperature on 3005 strip mechanical properties and earing ratio； it ascertained that good result on industrial production can be obtained by 3005 heat treatment process． Keywords： mobile battery case； 3005 aluminum alloy； homogenizing annealing； mechanical properties； earing ratio
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有色金属加工
第 42 卷
2 试验结果
2． 1 下游厂家冲压后的结果 将成品带材发往客户进行冲压，A1 冲压后材料
完好，A2 冲压后材料开裂，如图 1 所示
大 1． 7 ～ 2． 8mm，说明 A1 的深冲性能比 A2 优异。冲 压试验结果与杯突试验结果是一致的。
图 1-a A1
图 1-b A2
（ 1． Guangxi Liuzhou Yinhai Aluminum Co． ，Ltd． ，Liuzhou 545001，China； 2． CHALCO Henan Aluminum Co． ，Ltd． ，Luoyang 471000，China）
Abstract： The paper researched Mn effect on 3104 cold-rolled strip stamping performance； the experimental investigation showed： the higher Mn content，the greater the number of the second-phase particles； this leaded to Erichsen value reduction and the strip stamping cracking． The paper proposed that Mn content should be within 0． 85 ～ 0． 95% to ensure the excellent stamping performance． Keywords： 3104 aluminum alloy； stamping cracking； Mn； second-phase particle； Erichsen value
1 试验材料与方法
试验材料为 3104 铝合金，选用了 2 种化学成分 （ 见表 1，以下简称 A1 和 A2） 。对经过半连续熔炼与 铸造得到符合质量要求的扁铸锭，锯切掉头部及浇口 部冶金质量 差 的 部 位、铣 面，送 入 立 推 式 均 热 炉 进 行 均匀化 加 热，然 后 热 轧 至 5． 0mm，转 入 冷 轧 机 轧 至 0． 8mm，清洗切边后进行完全再结晶退火，再进行矫 直，检验合格后包装交货。整个生产及质量控制按照 内控标准执行。
图 1 材料冲压试验结果
Fig． 1 Stamping test result
2． 2 杯突试验结果 将成品带材进行杯突试验，试验结果如 表 2 所
示，A1 的杯突值 IE 比 A2 大 1． 7 ～ 2． 8mm。
表 2 杯突试验结果 Hale Waihona Puke Baiduab． 1 Erichsen test result
项目 A1 A2
3 结论
1） 各厚度的未均火材料强度均高于均火材料； 2） 均火材料的再结晶开始和结束温度低于不均 火材料； 3） 不均火材料进行各温度退火 310℃ 时制耳率明 显下降，而均火材料在 300℃ 制耳率就明显下降；
4） 随着退火温度的升高均火与不均火材料的制 耳率都减小；
5） 3005 H16 合 金 铝 带，中 间 退 火 工 艺： 340℃ / （ 11 + 1） h；