Herstellung von Aluminiumblechen: Vom Gießen bis zur Endbearbeitung

Bei der Herstellung von Aluminiumblechen werden Aluminium und seine Legierungen durch die Phasen Schmelzen, Gießen, Vorwalzen, Flachwalzen, Wärmebehandlung und Endbearbeitung verarbeitet. Dabei entstehen entweder einzelne Bleche oder gewalzte Materialien mit rechteckigem Querschnitt.

Die Blechdicke kann bis zu 200 mm betragen, wobei es Kategorien wie dünne Bleche, dicke Bleche (5-80 mm) und extra dicke Bleche gibt. Die Blechbreite liegt in der Regel zwischen 1 und 5 m, die Länge zwischen 2 und 10 m.

Die Bänder sind in der Regel nicht dicker als 2 mm und nicht breiter als 600 mm und werden in Rollen geliefert.

Bleche und Bänder aus Aluminium und Aluminiumlegierungen werden in warmgewalztem Zustand, geglühtem Zustand, verschiedenen Weichheitsgraden und verschiedenen Wärmebehandlungszuständen geliefert.

Es gibt zwei Verfahren zur Herstellung von Blechen aus Aluminium und Aluminiumlegierungen: das Blockverfahren und das Bandverfahren.

Bei der Blockmethode wird die warmgewalzte Bramme in mehrere Blöcke zerlegt, die dann einzeln zu Fertigprodukten kaltgewalzt werden. Bei der Bandmethode wird die Bramme auf eine bestimmte Dicke und Länge gewalzt und anschließend aufgerollt.

Sobald es die fertige Dicke erreicht hat, wird es in einzelne Aluminiumbleche geschnitten. Dieses Verfahren hat eine höhere Produktivität und erzeugt bessere Qualitätsprodukte.

Der Produktionsprozess von Blechen und Bändern aus Aluminiumlegierungen lässt sich in verschiedene Phasen unterteilen, wie z. B. die Vorbereitung vor dem Walzen, das Warmwalzen, das Kaltwalzen, die Wärmebehandlung und die Endbearbeitung.

Die Vorbereitung vor dem Erhitzen umfasst hauptsächlich die Qualitätsprüfung des Gussteils, gleichmäßiges Erhitzen, Sägen, Fräsen, Aluminiumumwicklung und Erhitzen. Die Verwendung eines Qualitätsgussteils ist eine Voraussetzung für die Gewährleistung der Qualität des Endprodukts.

Die meisten Gussstücke, die in der modernen Produktion von Blechen aus Aluminiumlegierungen verwendet werden, werden im Halb-Stranggussverfahren hergestellt. Diese Gussstücke sind groß und weisen fein strukturierte innere Dendriten auf.

Beim halbkontinuierlichen Gießen ist die Abkühlungsgeschwindigkeit sehr hoch, was den Diffusionsprozess in der festen Phase erschwert und zu einer ungleichmäßigen chemischen Zusammensetzung und Mikrostruktur führt, wie z. B. Segregation innerhalb des Kristalls, was die Plastizität verringert.

Daher sind einige AluminiumlegierungenInsbesondere Gussteile aus harten Aluminiumlegierungen erfordern eine Homogenisierungsbehandlung, um die ungleichmäßige Zusammensetzung und das Gefüge zu beseitigen oder zu reduzieren und gleichzeitig die Gießspannung zu verringern.

Die Homogenisierungstemperatur für Aluminiumlegierungen sollte 10-15℃ unter der eutektischen Temperatur des niedrigsten Schmelzpunkts der Legierung liegen, und durch eine Haltezeit von 12-24 Stunden können Ungleichmäßigkeiten in der Zusammensetzung und im Gefüge weitgehend beseitigt werden.

Für hartes Aluminium legierte Gussteilebeträgt die Homogenisierungstemperatur 480-495℃, die 12-15 Stunden gehalten wird. Bei Al-Zn-Mg-Cu-Legierungen beträgt die Temperatur 450-465℃, die 24 Stunden lang gehalten wird.

Wenn die Oberfläche des Barrens Defekte wie Seigerungsausscheidungen, Einschlüsse, Narben und Risse aufweist, sollte ein Fräsvorgang durchgeführt werden. Dies ist ein entscheidender Faktor für die Gewährleistung einer guten Oberflächenqualität des Endprodukts. Der Umfang des Fräsens hängt von der Tiefe der Fehler ab, in der Regel 4-10 mm.

Plattieren ist ein einzigartiges Verfahren bei der Herstellung von Blechen und Bändern aus Aluminiumlegierungen. Dabei werden Plattierbleche auf die Ober- und Unterseite des Gussteils gelegt und durch Warmwalzen zu einem Körper zusammengefügt.

Der Zweck des Plattierens besteht darin, die Korrosionsbeständigkeit von Blechen und Bändern aus Aluminiumlegierungen zu erhöhen, das Grundmetall vor Korrosion zu schützen und die technologische Leistung zu verbessern. Das Verkleidungsblech sollte eine geeignete chemische Zusammensetzung und eine angemessene Dicke aufweisen.

Für Bleche auf der Basis von hartem Aluminium wird reines Aluminium mit einem Kupfer- und Zinkgehalt von weniger als 1% als Verkleidungsblech verwendet. Wenn superhartes Aluminium die Basis ist, wird eine Al-Zn-Legierung mit einem Zinkgehalt von 1-3% als Plattierungsblech verwendet.

Je nach Blechdicke und Anwendung beträgt die fertige Blechverkleidungsschicht 2%, 4% und 8% der Blechdicke.

Das Plattieren zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit wird als Prozessplattieren bezeichnet und soll Oberflächenrisse beim Öffnen des Gussstücks verhindern. Die Plattierungsschicht beträgt 0,5-1,5% der fertigen Blechdicke.

Die Erwärmung des Gussstücks dient dazu, seine Plastizität zu erhöhen und den Verformungswiderstand zu verringern, um das Warmwalzen zu erleichtern.

Die Erwärmungstemperatur des Gussstücks wird auf der Grundlage des Phasendiagramms der Legierung und des Plastizitätsdiagramms bestimmt. Die Erwärmungstemperatur sollte den Beginn des Warmwalzens bei der höchsten zulässigen Temperatur ermöglichen.

Für Barren aus reinem Aluminium und niedrig legierten Aluminiumlegierungen liegt die Erhitzungstemperatur bei 500℃ oder höher; für Barren aus harten Aluminiumlegierungen liegt sie bei 390-430℃ und für superharte Aluminiumlegierungen bei 370-410℃.

Die Aufheizzeit zielt darauf ab, eine gleichmäßige Temperatur über den Gussquerschnitt zu erreichen. Eine zu lange Aufheizzeit führt zu einer zu dicken Oxidschicht auf der Gussoberfläche, die für die Verbindung von Hüllblech und Barren nicht förderlich ist. Das Gussstück wird in einem Durchlaufofen mit Luftumwälzung erhitzt.

Das Warmwalzen von Gussstücken aus Aluminiumlegierungen dient der Herstellung von Knüppeln für das Kaltwalzen oder der direkten Herstellung warmgewalzter dicker Platten.

Je nach Produktionsumfang gibt es drei Verfahren zum Warmwalzen von Gussstücken aus Aluminiumlegierungen:

(1) Eingerüstiges Warmwalzendie den gesamten Prozess vom Knüppel bis zur Fertigstellung des Warmwalzens in einer einzigen Anlage abwickelt. Walzmaschine.

Zur Verbesserung der Produktionseffizienz werden große Gussstücke verwendet, und es werden Reversierwalzwerke eingesetzt. Vierwalzwerke werden eingesetzt, um die Blechbreite zu vergrößern und die Blechform zu verbessern. Beim Warmwalzen mit einem Gerüst ist der Temperaturabfall des gewalzten Stücks groß, die endgültige Walzdicke ist groß (6-8 mm), das Coilgewicht ist relativ gering und die Qualität und Produktionseffizienz des gewalzten Stücks sind nicht ideal.

(2) Zweistufiges Warmwalzen. Dieser Prozess beginnt mit einem Reversierwalzwerk, das die erste Knüppelformung und das Warmvorwalzen des Blocks vornimmt, bevor das Werkstück zum Warmfertigwalzen an ein zweites Reversierwalzwerk mit vier Etagen übergeben wird. Da das Vorwalzen und das Fertigwalzen nun getrennte Aufgaben sind, werden nicht nur die Produktionskapazität und die Effizienz gesteigert, sondern auch die Qualität der Walzprodukte verbessert. Die endgültige Walzdicke kann bis zu 2 mm betragen.

(3) Halbkontinuierliches Warmwalzen. Dabei werden 1-2 reversierbare Walzwerke für die Knüppelformung und das Warmvorwalzen eingesetzt, bevor das Werkstück zum Warmfertigwalzen auf 3-6 Tandemstraßen mit vier Walzgerüsten transportiert wird, wobei jedes Gerüst einen einzigen Stich ausführt. Da große Blöcke mit hoher Geschwindigkeit gewalzt werden, ist nicht nur der Produktionsumfang groß, sondern auch die Walzspaltzeit kurz, so dass die Fertigwalztemperatur hoch ist, was zu geglühten Coils von besserer Qualität führt.

Das System des Warmwalzprozesses umfasst Parameter wie Stichabnahme, Walztemperatur, Walzgeschwindigkeit sowie Schmierung und Kühlung. Eine höhere Stichabnahme ist vorteilhaft, damit die Verformung in das Werkstück eindringen kann, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Kantenrissen und Walzwickeln verringert wird. Die Stichabnahme wird jedoch durch die Walzeneinzugsbedingungen begrenzt.

Außerdem sollten während der Knüppelformung sowohl die Stichabnahme als auch die Walzgeschwindigkeit nicht zu hoch sein, um einen reibungslosen Übergang von der Gussstruktur des Blocks zur verformten Struktur zu gewährleisten.

Beim Walzen von plattierten Aluminiumbarren sollte die Reduktion des ersten Stichs im Bereich von 2%-4% liegen, um eine gute Verbindung zwischen der Plattierungsplatte und dem Barren zu gewährleisten. Das Kantenwalzen kann den Spannungszustand an der Kante des Werkstücks verbessern und Kantenrisse reduzieren.

Durch das Anbringen von Plattierungen an der Seite des Barrens und das Walzen der Kanten können Kantenrisse beim Warmwalzen von Aluminiumlegierungen vermieden werden. In den späteren Phasen des Walzens, wenn die Länge des Werkstücks zunimmt, sollte auch die Walzgeschwindigkeit entsprechend erhöht werden.

Um eine ebene, glatte Walzqualität zu erzielen und die Walzkraft zu verringern, ist eine angemessene Schmierung beim Warmwalzen von entscheidender Bedeutung. Für die Schmierung beim Warmwalzen von Aluminiumlegierungen werden häufig Emulsionen auf Wasserbasis verwendet.

Die Emulsion wird aus einer Mischung von Emulgator und Wasser hergestellt, mit einer Konzentration von % bis %, etwas weniger beim Walzen von harten Legierungen. Das Emulgiermittel besteht aus Transformatorenöl, Ölsäure und Triethanolamin.

Um eine gute Ebenheit von warmgewalzten Coils zu erreichen, ist die Kontrolle der Walzspaltform bei 546 Grad unerlässlich, was durch den Einsatz von hydraulischen Walzenbiegen(siehe Walzenformregelung) sowie eine entsprechende Anpassung des Walzplans und der Walzgeschwindigkeit.

Die auf die Walze gesprühte Emulsion hat neben der Schmierung auch eine kühlende Funktion. Der Druck an der Sprühdüse sollte bei 56 l/(cm-s) liegen.

Das Kaltwalzen ermöglicht die Herstellung von Coils mit höherer Ebenheit, glatterer Oberfläche, dünnerer und gleichmäßigerer Dicke sowie besserer Struktur und besseren Eigenschaften im Vergleich zu warmgewalzten Coils.

Das Kaltwalzen kann auf einem Eingerüst- oder einem Tandemwalzwerk durchgeführt werden. Gegenwärtig werden vor allem viergerüstige, nicht reversierbare Walzwerke mit einer Walzgeschwindigkeit von 520 m/s bzw. bis zu 2540 m/s beim Tandemwalzen eingesetzt.

Eine umfassende automatische Steuerung wird durch Computersysteme wie die automatische Ebenheitskontrolle (AFC), die automatische Dickenregelung (AGC), die automatische Spannungsregelung (ATC) und die automatische Geschwindigkeitsregulierung (ASR) implementiert, wodurch hochwertige Produkte mit Dickenabweichungen von weniger als ±3~5μm und einer Ebenheit von weniger als 10 I-units erzielt werden.

Unter den Bedingungen, unter denen die Ausrüstung es zulässt, die Schmierung und Kühlung wirksam sind, das Werkstück an den Kanten nicht reißt und eine gute Oberfläche erzielt werden kann, sollte beim Kaltwalzen eine hohe Stichabnahme angestrebt werden.

Für reines Aluminium und weiche Legierungen beträgt die zulässige Stichabnahme 50%-70%, in der Regel 40%-50%; für harte Legierungen liegt sie bei 40%, im Allgemeinen unter 30%. Durch die Stichabnahme sollte die Walzkraft in jedem Stich im Wesentlichen gleich sein, so dass die gewalzten Coils eine gleichmäßige Dicke und gute Planheit aufweisen.

Unter Bedingungen, bei denen keine Kantenrisse auftreten, kann die gesamte Kaltwalzreduktionsrate für reines Aluminium und weiche Legierungen über 95% und für harte Legierungen 90% bis 92% erreichen.

Um Kantenrisse und Bandbrüche zu vermeiden, müssen Legierungen mit geringer Plastizität beim Warmwalzen vorgeglüht werden, und beim Kaltwalzen werden 1 bis 2 Zwischenglühungen durchgeführt.

Die Dicke der letzten Zwischenschicht Glühenoder die Gesamtreduktionsrate des letzten Kaltwalzstichs, spielt eine entscheidende Rolle und hat einen entscheidenden Einfluss auf die Leistung des Endprodukts.

Die Spannung, die während des Walzens auf die Walzstücke wirkt, beeinflusst deren Dicke, Ebenheit und Gleichmäßigkeit. Die Spannung sollte geringer sein als die Streckgrenze der Walzstücke, und seine Größe hängt von der Plastizität und der Rissneigung an den Kanten der Walzstücke ab.

Während der Beschleunigungs-, Konstantgeschwindigkeits- und Verzögerungsphasen des Walzens sollten Spannungsschwankungen minimiert werden.

Die Funktion der Prozessschmierung beim Kaltwalzen (siehe Kaltwalzprozessschmierung) und der Kühlung besteht darin, die Reibung zu verringern, den Walzdruck zu senken, die Oberflächenqualität der Walzstücke zu verbessern, die Walzen und Walzstücke zu kühlen und das Walzenprofil zu steuern (siehe Walzenprofilsteuerung). Kühlschmierstoffe sollten gleichzeitig schmierende, waschende und kühlende Eigenschaften haben.

Für Walzgeschwindigkeiten unter 5 m/s kann eine Emulsion auf Wasserbasis mit einer Konzentration von 2% bis 8% verwendet werden; für Hochgeschwindigkeitswalzen wird ein Walzöl verwendet, das aus Grundöl und Additiven besteht und als Vollölschmierung bezeichnet wird.

Ob Emulsion oder Vollöl, beide müssen während des Recyclingprozesses gefiltert werden, um die von den Walzstücken und Walzen heruntergewaschene Aluminium- und Tonerdeasche zu entfernen.

Im gefilterten Kühlschmierstoff sollten die Verunreinigungen weniger als 0,5 g/L betragen, und die Partikelgröße der Verunreinigungen sollte weniger als ~μm betragen.

Wärmebehandlung - Abgesehen von warmgewalzten und kaltgehärteten Produkten sind Aluminium Legierungsplatten und Bänder sollten je nach Bedarf separat geglüht oder abgeschreckt und gealtert werden (siehe Wärmebehandlung von Nichteisenlegierungen).

Die Endbearbeitung bezieht sich auf die Verarbeitung und Anordnung von Blechen und Bändern vor der Auslieferung nach dem Walzen und der abschließenden Wärmebehandlung, einschließlich des endgültigen Schneidens, Richtens, Polierens, Verpackens usw. Diese Schritte können in einer Produktionslinie oder separat durchgeführt werden.

Das abschließende Schneiden umfasst das Querschneiden und das Längsschneiden. Beim Querschneiden wird das aufgewickelte Band in Platten geschnitten, während beim Längsschneiden das breite aufgewickelte Band in mehrere schmale Streifencoils unterteilt wird.

Durch das Schneiden werden auch Kopf- und Fußenden mit Größenabweichungen und Teile mit minderwertiger Oberflächenqualität entfernt.

Eine Begradigung kann die Eigenspannung in den Blechen und Bändern nach dem Walzen oder der Wärmebehandlung und die dadurch verursachten Unebenheiten. Das Richten umfasst das Walzrichten, das Spannungsrichten und das Polieren.

Das Spannungsrichten wird unterteilt in das Plattenzugrichten und das Bandzugrichten. Durch wiederholtes Biegen, Strecken oder Ausdünnen werden die Platten und Bänder einer plastischen Verformung von 1% bis 2% unterzogen, um den Zweck des Richtens zu erreichen.