张飞飞，杨 川

（邹平 中国）

铝合金装饰带材的状态和力学性能的控制主要由退火决定。将冷变形铝及铝合金加热，会发生回复与再结晶过程。其驱动力是冷变形储能，即冷变形后金属的自由能增量。冷变形储能的结构形式是晶格畸变和各种晶格缺陷，如点缺陷、位错、亚晶界等。加热时晶格畸变将恢复，各种晶格缺陷将发生一定的变化（减少、组合），金属向平均状态转化。使冷变形金属向平均状态转变的热处理称为退火。“退火”就是将工件加热到某一相应温度后，保温一定时间，并以缓慢速度冷却的一种工艺。

根据具体目的的不同，退火分为去应力退火、再结晶退火和均匀退火等。在退火温度低、退火时间短时，冷变形金属发生的主要过程为回复。回复过程的本质是点缺陷运动和位错运动机制重新组织，在精细结构上表现为多变化过程，形成亚晶组织。退火温度升高或退火时间延长，亚晶尺寸逐渐增大，位错缠结逐渐消除，呈现鲜明的亚晶晶界。在一定条件下，亚晶可以长大到很大尺寸(约10um)，这种情况称为原位再结晶。

1 典型合金状态的退火工艺制度

见表1所示。

表1 典型合金状态力学性能

2 箱式退火炉设备组成及性能

2.1 箱式退火炉结构

退火炉分为箱式退火炉，盐浴炉，台车式退火炉，气垫式连续热处理线等，铝板带箔广泛使用的退火炉为箱式退火炉，具有结构简单、使用可靠、配置灵活、投资少等特点。带材退火炉为焊接结构，在内外炉壳之间填充绝缘材料，在炉顶或侧面安装3台循环风机强制炉内热风循环，从而提高炉内气体温度的均匀性。

2.2 退火炉工作原理

其核心原理在于变频器和精度电流控制及热风强制循环的均匀控温，炉顶与两侧炉壁连接处平均分布有36根卡口式加热器，炉顶分三区控温，循环风机每台一区，通过强制循环及分布均匀的风道、喷吹口、导流风板实现了炉温的均匀分布，负压风机的功用可利用风机造成的内外环境的压力差实现有效排气的效果。吹洗风机加深了负压风机的作用，可额外实现炉气的更换排放，达到洗气的目的。

2.3 操作系统

系统画面主要有操作画面、总览画面、数据查询、参数设置、报警画面等。总览画面可监视四台炉子的重要工艺数据，也可分选项进入各炉，查看详细数据并支持相应的设定改动。操作画面可实现人机交互。参数设置画面：设定温度、炉气温度、料卷温度、循环风转速、吹洗风机转速、旁冷风机转速相关工艺参数，也可在运行过程中更改所设置的参数，用以控制整个运行过程;报警信息：用于记录设备在工作过程中所发生的故障，并自动做好记录，方便过后查找事故原因。

3 不同退火工艺参数对不同3系合金状态的力学性能的影响

按退火时的组织变化，可将其分为回复退火及再结晶退火。前者一般作为半成品或制品的最终处理，以消除应力或保证材料的强度与塑性有较好的结合。再结晶退火又可分为完全退火、不完全退火及织构退火。不完全再结晶退火一般用作最终退火以得到特硬（H19）与O状态之间的各种半硬制品，主要用于热处理不可强化的合金。

退火主要控制工艺参数炉气温度、升温速度、金属温度、保温时间、冷却速度及出炉温度，在开始阶段采用全功率进行升温以获得细小均匀的晶粒，并持续排气将油烟排除炉外。并在一定温度下进行保温使整个料卷都均匀获得需要的产品性能，出炉温度主要考虑对安全和炉子寿命的影响，一般在200℃多保温结束后直接出炉。

3.1 升温速度

带材退火升温速度采用炉气温度和循环分机速度来控制，炉气温度一般比所要达到的金属温度高50℃～150℃，循环风机以最高速度运行，快速升温以保证晶粒的均匀和退火速度。

3.2 金属温度

根据所要达到的合金状态，先在工艺箱式试验炉中进行模拟退火试验，然后再在退火炉中进行生产。金属温度高温点达到保温温度后进行时让低温点也达到金属温度后计保温时间，金属温度对于性能区间较窄的材料严格控制在±5℃以内，并且在制定工艺时尽量取材料性能中线的位置的温度，这样有可以排除不同的热电偶和不同操作手带来的误差。

3.3 保温时间

保温时间一是保证整卷的力学性能均匀，二是充分开发材料的潜能；保温时间和保温温度合理配合既要保证材料性能合格也要节约成本，保温时间根据不同料卷的宽度提高保温时间，适当提高保温时间对材料的延伸率有提高，改善材料的弯折性能。

3.4 冷却速度

当带材温度过高时，需要先降到一定温度再进行出炉，通过旁冷降温或者通过降低循环风机转速和加大吹洗风机转速来对炉气进行降温。

4 退火过程质量关键点

退火过程需要注意以下几点：

（1）装炉料卷的规格及卷径、卷重的差值要小，宽度和卷径相差＜100mm。

（2）热电偶的准确性，及一炉中热电偶所插的位置、深度及固定。

（3）循环风机、吹洗风机转速的设置。

（4）退火炉加热器以及其他固件的巡检及维护。

（5）定期对退火炉炉气均匀性的进行测定。

5 其他影响退火后性能的因素

影响退火后材料性能的除了退火工艺外，还有成分、轧制工艺的影响。

5.1 化学成分

3系合金以Mn元素为主要合金元素，为了获得细小晶粒组织，合金中的锰除溶于固溶体外还必须有一定的过剩量，以便形成更多的含锰相质点抑制再结晶晶粒长大；加入铁和硅也能细化晶粒，一方面，铁和硅能极大地降低锰在固溶体中的溶解度，减少了锰的枝晶偏析，这种偏析是高纯度Al-Mn合金形成粗大晶粒的主要原因；另一方面，在400℃～500℃热轧温度下，这两种元素能加速Al-Mn合金固溶体的分解。

5.2 轧制的影响

热轧的均匀化制度、热轧中间坯厚度及卷取温度，冷轧的道次分配、卷取温度和道次间隔时间的影响。这些都需要各家根据生产实际进行总结。

6 结论

（1）对材料弯折性能影响需要添加一定量的Fe和Si元素，并将铁硅比控制在1/4～1/6左右。

（2）严格控制金属温度范围，适当延长保温时间可以提高断后伸长率。

（3）对热轧均匀化处理和控制热轧带材厚度也可提高成品力学性能。

（4）退火炉热电偶和打孔位置需要统一，生产过程严格控制，保证金属温度在很小区间。

（5）成品退火工艺和前面同样生产工艺对应，保证同批次料卷力学性能一致。