铝材冷轧过程工艺控制及产品表面质量的实验研究34855.docx

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1、铝材冷轧过程工艺控制及产品表面质量的实验研究王 录1，孙建林1，马艳丽1，高雅1( 1北京科技大学 材料科学与工程学院，北京100083)摘 要：铝板冷冷轧过程中，对对轧制油中添添加剂的含量量及种类加以以控制，可以改善铝板板表面质量。本次实验中初选出出几种复合添添加剂用来轧轧制相同厚度的铝板，并对轧后铝材材表面质量进进行分析。结果显示轧制制润滑可以减小摩擦擦，提高生产效效率；同时又使得轧轧后铝板表面面粗糙度降低低，表面质量明明显改善。当当润滑状态处处于边界润滑滑时，添加剂会会发挥其作用用；添加剂不同，其其在铝材轧制制过程中发挥挥的作用也不不同。综合比比较可以看出出，复合添加加剂比单独加加入一种

2、添加加剂的油膜强强度高，混合合醇型与醇酯酯型添加剂的的油膜强度相相当，但醇酯酯型添加剂无无论在减摩降降压效果，还还是成品表面面质量改善上上都能产生更更好的效果。关键词：铝材；轧制；表面质量；添加剂剂Experimmentall study on coldrolliing processs conntrol and SSurfacce Quaality of alluminuumWang Luu1, Sun Jian-lin1, Ma Yann-li1, Gaoo Ya1 (1 Schhool oof Matterialls Sciience and EEngineeeringg, Uniive

3、rsiity off Scieence and TTechnoology Beijiing, Beijiing 1000883)Abstracct: Inn the proceessingg of ccold rrollinng aluuminumm, thee conttent aand sppeciess of rrollinng oill withhin diiffereent addditivves caan be contrrolledd to immprovee the qualiity off alumminum. It wass usedd in thiis expperime

4、ent foor rollling thhe samme thiicknesss aluuminumm by aadoptiing coombinaation addittives seleccted pprimarrily. A deepp anallysis and eevaluaation of suurfacee quallity hhas beeen doone onn inveestigaation data of thhis exxperimment. The reesultss indiicate that, rollling wwith lubriicatioon cann

5、reduuce frrictioon andd imprrove pproducction efficciencyy. The suurfacee rougghnesss and qualiity off alumminum afterr rollling aare allso deecreassed att samee timee. Lubriccationn addiitivess willl havee donee theiir worrk wheen thee lubrricatiion sttates are mmainlyy in bboundaary luubricaation.

6、 Differrent llubriccants exertt theiir ownn funcction in thhe rollling proceess. TThe commparisson reesultss showw thatt the oil-ffilm sstrenggth off comppound addittives is suuperioor to that of siingle addittives, and thhe oill-filmm strenngth oof addditivees witth alccohol-esterr is eequivaalent

7、to thhat off mixeed alccohol. Nevertthelesss, thhe addditivee conttaininng alccohol-esterr can produuce beetter effecct, booth inn the aspeccts off antiifricttion aand thhe impprovemment oof surrface qualiity. Key worrds: alumiinum, cold rolliing, surfface qqualitty, lubrricatiion addditivve作者简介：王录（

8、1983-），女，北京科技大学研究生 E-mail: xueerwl 电话:13426323983自国务院节能减减排方案的提提出，人们愈愈加意识到 “十一五”期间降低能能源消耗和减减少污染排放放的重要性，迫迫切需要一种种“节能减排型型”润滑剂，因而需要润滑滑剂不仅具有合合适的粘度、良良好的退火清清洁度等性能能，还要能够够有效地减小小轧后产品表面面粗糙度、降降低能源和减减少环境污染染等。良好的的润滑剂能够够起到减摩降降压作用，并并且显著改善善产品表面质质量；若润滑滑剂的润滑效效果太差，轧轧后会产生明明显的表面缺缺陷1，如压压痕、划痕等等。因此在铝板带冷轧润滑剂的选择择上除了顺应应当前金属轧轧制生

9、产与技技术发展，更更应具备节能能环保等特性性。本文通过测定油膜膜强度初步选出合适的添加剂剂，并进行模拟铝板板带冷轧实验验，对铝板轧轧制工艺参数数及轧后表面面质量进行研研究（如表面面粗糙度及表表面显微形貌貌等），比较较分析采用不不同复合添加剂减减摩降压的效效果以及改善善轧后产品质质量的能力。1 复合添加剂剂的选择由于基础油所形形成的油膜与与金属表面只只产生物理吸吸附，吸附力力小，润滑性性差，所以在在工业轧制铝铝材上需要在在基础油中加加入添加剂，从从而提高油膜膜边界润滑能能力。对于铝铝轧制用油性性添加剂，主主要是能与金金属表面发生生物理吸附长长链脂肪酸、醇醇、酯。由于于他们的极性性和表现出的的使用

10、性能2不同，因此此添加剂的类类型和结构在在润滑剂中起起着关键作用用。研究表明明3-6：单一添加加剂并不能起起到良好的润润滑效果，工工业中往往使使用复合添加加剂。为满足铝板高精精度轧制和轧轧后铝板高表表面质量的要要求，实验中中对不同的单单体添加剂进进行综合比较较，选出性能能较好的脂肪肪酸、醇酯且互配成复复合添加剂。在商品铝板板带材轧制油油的基础油（40运动粘度为2.0/mm2/s）中分别加入5%的复合添加剂，在M-800四球实验机测定其油膜强度，实验结果见表1。表1 不同添加加剂的油膜强强度比较添加剂组成脂肪酸脂肪醇脂肪酯脂肪酸+脂肪醇醇脂肪醇+脂肪酯酯脂肪酸+脂肪酯酯油膜强度/N2752162

11、55240240294从表1中可以看看出，当2种种添加剂复合合使用时，油油膜强度往往往大于任一种种添加剂单独独使用的数值值，其满足添添加剂的复合合强化效应7。由于脂肪酸酸、酯的极性性均较强，因因此酸酯的加加入量越多，产产生退火油斑斑的倾向就越越大8，因此选择混混合醇型和醇醇酯型添加剂剂进行铝板冷冷轧实验。2 铝板冷轧实实验及结果分分析为进一步了解复复合添加剂对对轧制性能的的影响，分别别选择同含量量的上述添加加剂进行轧制制实验，并比比较上述添加加剂在减摩降降压效果及冷冷轧后成品质质量方面的润滑效果，从从而选出适合合当前形势所所需要的复合合添加剂配置置方案。2.1 实验条条件及方法选择轧制试样为为

12、400mmm0.45mmm的铝合金金，其化学成成份见表2。润滑剂中常常用基础油为为C12C16窄馏分火火油，本实验验用轧制油的的粘度（400）为1.68/mmm2s-1。表2 实验用用铝合金的化化学成份（，质量分数数）CuSiFeMnZnAl0.050.20.60.71.01.550.1rest实验是在1228mm260mmm实验轧机上上进行。实验中依次次在干轧、基基础油9211、921+W1（混合醇）及及921+WW2（醇酯型）四四种不同润滑滑条件下对铝铝板带进行冷冷轧实验，润润滑剂基础油油为矿物油。每次轧制前，先用溶剂油和丙酮清洗轧辊，再用医用棉擦干。轧制时将润滑剂均匀喷射到轧辊和轧件表面

13、，在每道次辊缝调节相同的情况下，用螺旋测微器测定铝板每道次的轧后厚度；摩擦系数和轧制压力可以分别由前滑法和压力传感器测定并记录。 轧后铝板试样的的表面粗糙度度相关参数可可以使用型号号FTSSS3c表面轮廓廓仪测量，经丙酮酮脱脂后的铝铝板带，用德德国XJZ-6A显微镜镜观察其在不不同润滑条件件下的轧后表表面形貌。2.2 实验结结果及润滑效效果分析2.1 减摩降降压效果分析析为了适应“节能能减排”的需要，应保保证在铝材轧轧制过程中采采用相同的压压下率、轧制制速度以及轧轧制道次，从从而比较不同同添加剂对各各道次压下量量以及轧制压压力、摩擦系系数等的影响响程度。实验验中依次采用用干轧、基础础油921、

14、921+W1(混合醇型)及921+W2（醇酯型）四四种不同润滑滑条件下对铝铝板带进行冷冷轧模拟实验验，用螺旋测测微器获得每每道次铝带轧轧后厚度。从从图1中可以看出出：图1 不同道次下铝材轧后厚度Fig.1 Thickness of aluminum after rolling at different pass00.10.20.30.40.50.60.70.8051015轧制道次/次干轧基础油921921+W1921+W2厚度/mm度/mm铝在干轧时的轧轧后厚度很大，加入润滑剂剂使得铝带轧轧后厚度减小小。在基础油中加加入添加剂W1和W2充分表现了了其作为活性性物质已经发发挥了作用。同同时对比变

15、形区内内摩擦系数（表表2）可知，干轧时时摩擦系数为0.10010.11，此时其处处于边界润滑滑状态（干摩摩擦状态）；加入添加剂剂后摩擦系数数在0.0882左右(0.1）,这表明其在混合润滑滑状态下产生生了减摩降压效效果。但若基础油黏黏度过大，高高速轧制铝板板时变形区会会处于流体润润滑状态，工工模具与工件件表面完全隔隔离，添加剂剂反而会失去作作用。表3 不同添添加剂作用下下的轧制压力力和摩擦系数数序号轧制油压下率/%单位轧制压力pp/MPa摩擦系数1干轧0.327214.830.1012921+W1(混合型)0.345187.230.0823921+W2（醇醇酯型）0.336197.570.08

16、1结合三种曲线比比较可见采用用添加剂W2可使铝板带具有有最小可轧厚度。这这是由于在WW2中加入了含含有磷元素的的极性添加剂剂，当在载荷荷大、运动表表面接近相互互接触、又有有高的摩擦热热时，它与金金属表面发生生化学反应，生生成不同形式式的极压膜而而起到改进摩摩擦的作用9。 2.2 铝板带带表面质量分分析 轧后试样清洗后后，在电子显显微镜下观察察其表面形貌貌并拍照；使使用型号FTTSS3cc表面轮廓仪仪测量轧后铝铝板试样的表表面粗糙度相相关参数，测测试时沿平行行轧制方向取点。图2为干轧和采用用基础油轧制制后表面粗糙糙轮廓图，可可以看出干轧轧后铝板带表面粗粗糙度很大，其中线平均值Ra=0.308m；

17、轮廓最大峰值Rp=0.747m；轮廓最大谷深Rv=0.642m。 润滑轧制后铝板带表面轮廓更加平整，粗糙度明显降低。图3对比了在不同润滑条件冷轧后Ra（中线平均值）、Rp（轮廓最大峰值）及Rv（轮廓最大谷深）的变化，分别对基础油921、921+W1及921+W2三种润滑剂编号为13；可以看出Ra、Rp及Rv均呈下降趋势，这是由于在无润滑状态下轧制铝板时，轧辊与铝材表面直接接触，铝材表面由于被轧辊粘附而被撕裂，从而造成表面凹凸不平10。因此从轧后铝材表面粗糙度可以比较，醇酯混合型添加剂对轧后铝材表面粗糙度有明显的改善。(a)图2 干轧和润滑轧制后表面粗糙轮廓图Fig.2 Outline curv

18、es on the surface of aluminum: (a) rolling without lubricants; and (b) rolling with base oils(b)图3 轧后铝材粗糙度的主要数据指标Fig.3 the main data index on surface roughness of aluminum 轧件经丙酮脱脂脂，清洗干净净后在德国XXJZ-6AA显微镜观察铝铝材在不同润润滑条件下的的轧后表面形形貌，如图4所示。 (a)无润滑 (b) 921 (c) 9211+W1 (d) 9211+W2图4 不同润润滑条件下铝铝材表面形貌貌Fig.4 ssurf

19、acce morrpholoogy off alumminum underr diffferentt lubrricatiion coonditiions很显然无润滑时时轧辊与铝板板表面直接接接触，由于摩擦系数数很高，铝材表面面被轧辊犁削削后留下很深深的沟槽；轧轧辊表面粘铝铝严重；并且且有许多铝屑屑麻点出现，这这主要是由于于轧制压力过过大11造成的。加入入基础油润滑滑后轧向沟槽槽变浅，表面质量明明显改善，但但由于轧辊表表面个别较高高的凸峰仍能能够穿透吸附附膜在铝材表表面形成犁削削，故而平行行轧辊方向的的轧制纹路仍然明显；加入添加剂剂后其轧制表表面已基本布布满了横向裂裂纹与沟槽，而而纵向划痕已已

20、变得模糊不不清，其横向向表面粗糙度度已超过纵向向表面粗糙度度。比较图44(c)和44(d)，后后者的横向裂裂纹与沟槽减减少，表面质质量优于前者者。3结论（1）由于添加加剂的强化效效应，复合添添加剂的油膜膜强度大于单单用一种单体体添加剂的数数值，其中酸酸酯混合型具具有最大的油油膜强度，混混合醇型和醇醇酯型添加剂剂的油膜强度度相当。（2）轧制过程程中采取工艺艺润滑可以减减小摩擦系数数，防止轧辊与铝铝发生粘结。铝在干轧时时，变形区处处于边界润滑滑状态，变形形区内摩擦系系数很高；当变形区处于于混合润滑状状态，添加剂剂可以发挥减摩摩降压作用，混合醇型添加剂和醇酯型添加剂相比较，后者具有较低的摩擦系数，其

21、减摩降压效果更好。（3）冷轧铝板板带工艺润滑滑能够显著提提高轧后铝板板质量。干轧轧时轧辊表面面粘铝严重，铝板带表面质量严重恶化；采用工艺润滑后铝材表面粗糙度减小，轧向沟槽变浅，；基础油中加入不同添加剂均能使得轧制表面纵向滑痕模糊不清，醇中加入酯可以减少横向裂纹与沟槽，改善表面质量。（4）从减摩降降压效果和轧轧后铝材表面面质量分析得得出，采用醇醇酯型添加剂剂更能够降低低压力，减少少能源消耗；同时也可以以使得轧后铝铝材表面质量量得以改善。参考文献1 白玲，任任绥远.工艺艺润滑油的主主要指标及其其作用J.轻合金加加工技术，11996，27（5）：212钟掘,谭谭建平,王淀淀佐. 轧制制润滑添加剂剂分

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