退火工藝對4043鋁合金桿力學性能的影響研究

紀劍峰 王歡

（新疆眾和股份有限公司烏魯木齊 830013）

前言

鋁合金焊絲是鋁合金焊接所必須的填充材料，在車輛、船舶、建筑、橋梁、化工機械等所有用到鋁合金的場合都有應用需求[1-22]。4043 鋁合金熔化后的流動性好，不易產生結晶裂紋，鑄造性和可焊性良好，是用量較大的釬焊料[3]。

采用連鑄連軋法生產的4043 鋁合金桿是4043鋁合金焊絲的生產原料，為了便于拉拔加工4043 鋁合金桿需要經過退火來消除合金桿內部的加工硬化和殘余應力，若退火工藝不合適將造成后續拉拔過程頻繁斷線[4]。因此，本文研究了退火溫度、退火時間等關鍵參數對4043 鋁合金桿力學性能的影響，從而為提高焊絲生產效率、降低加工成本提供參考。

1 實驗

1.1 實驗材料和設備

實驗所用4043 鋁合金桿為連鑄連軋法生產，退火前其物理性能如下表1所示，規格為9.5mm。

表1 4043鋁合金桿退火前物理性能

退火爐具有在室溫至1000℃范圍內升溫及穩定溫度的能力，配有風扇作為均勻溫度的設施，保證整個爐膛內溫度偏差不超過3℃。測試抗拉強度使用CMT4204型20KN微機控制電子萬能試驗機。測試伸長率所有游標卡尺：1000±0.1mm，符合GB 1214規定。

1.2 物理性能指標檢驗方法

按GB/T 4909.3 的規定進行拉力試驗測試抗拉強度和伸長率，拉力試驗機夾頭移動速度為50mm/min。測量伸長率時試件的標距長度為250mm。

1.3 退火方案設計

主要考慮退火時間和退火溫度對4043鋁合金桿抗拉強度和電阻率的影響。退火溫度從380℃至460℃，間隔為20℃；退火時間從2h至10h，間隔為2h。退火爐溫度曲線及入料、取料操作規定如下圖1所示。

圖1 退火爐溫度曲線及入料、取料操作規定

2 實驗結果與分析

2.1 退火溫度對4043合金桿物理性能的影響

按照實驗設定的退火工藝對4043 合金桿退火后，檢測其抗拉強度指標變化分別如圖2所示。可以看出退火溫度對4043 合金桿的抗拉強度影響顯著，隨著退火溫度的提升，抗拉強度指標不斷降低，但溫度超過420℃后，下降趨勢明顯減緩。

為了降低4043合金桿在焊絲生產過程中的拉拔斷線頻次，客戶要求4043 合金桿退火后抗拉強度在130～140MPa 范圍。因此根據實驗結果結合客戶要求，應將4043合金桿的退火溫度控制在420～460℃范圍內，在這個溫度范圍內4043 鋁合金桿退火前后抗拉強度的差值為40～50MPa，代表著退火過程對加工硬化的消除效果較好[5]。

4043 合金桿退火6h 后檢測其伸長率指標變化如圖3 所示。伸長率指標的變化規律與抗拉強度呈相反趨勢，隨著退火溫度的提升，伸長率不斷提高，且溫度超過420℃后上升趨勢減緩。客戶要求4043合金桿退火后伸長率不低于25%，因此建議應將4043合金桿的退火溫度控制在400℃以上。

結合退火溫度對4043合金桿抗拉強度和伸長率的綜合影響，為了滿足客戶的要求，并獲得良好的加工硬化消除效果，應將退火溫度控制在420-460℃。

圖2 退火溫度對4043合金桿抗拉強度的影響（6h）

圖3 退火溫度對4043合金桿伸長率的影響（6h）

圖4 退火時間對4043合金桿抗拉強度的影響（420℃）

圖5 退火時間對4043合金桿伸長率的影響（420℃）

2.2 退火時間對4043合金桿物理性能的影響

在420℃退火溫度下退火時間對4043 合金桿物理性能的影響結果如圖4、圖5 所示。圖4 是退火時間對4043 鋁合金桿抗拉強度的影響，可以看出退火時間對4043 合金桿的抗拉強度影響并不顯著，2～10小時內抗拉強度的變化不到10MPa。隨著退火溫度的提升抗拉強度不斷降低，但退火時間達到8小時后抗拉強度不再繼續降低。根據客戶對抗拉強度的要求，應將4043合金桿的退火時間控制在6h以內。

圖5 為420℃退火溫度下4043 合金桿伸長率隨退火時間的變化。實驗結果表明，與退火溫度相比，退火時間對伸長率的影響并不顯著，且伸長率指標的變化與抗拉強度呈相反規律，即隨著退火時間的延長伸長率提高，但退火時間超過6h 后伸長率不再繼續增大。結合客戶對伸長率≥25%的要求，建議將4043合金桿的退火時間控制在4h以上。

綜上所述，結合退火時間對4043 合金桿抗拉強度和伸長率的影響，以及下游客戶的加工要求，應將退火時間控制在4～6h。

3 結論

在380℃至460℃、間隔20℃，退火時間2h 至10h、間隔為2h 的條件下進行退火實驗，研究退火溫度、退火時間對4043 鋁合金桿抗拉強度和伸長率的影響，得出以下結論：

1）退火溫度對4043合金桿的抗拉強度和伸長率影響顯著，隨著退火溫度的提升，抗拉強度指標不斷降低，伸長率不斷提高，但溫度超過420℃后，變化趨勢明顯減緩。

2）為了滿足客戶對4043合金桿抗拉強度和伸長率的要求，將退火溫度控制在420-460℃為宜。

3）與退火溫度相比，退火時間對4043 合金桿抗拉強度和伸長率的影響并不顯著。隨著退火時間的延長抗拉強度不斷降低、伸長率不斷提高，但當退火時間超過一定時間后指標將不再變化。

4）為了滿足下游客戶對4043 合金桿的加工要求，建議將退火時間控制在4-6h。