铝箔是在无辊缝情况下轧制的, 板厚和板形的控制便成为轧制中的两个不同问题, 尤以板形的控制更为重要。目前对铝箔的表面损伤、轧制条件、润滑剂作用等研究较少, 要掌握箔材轧制关键技术, 就必须弄清铝箔轧制表面损伤的影响因素, 才能采取不同的对策。然而要进行生产现场的表面损伤分析, 无论是板材还是其他轧制都是很困难的, 箔材也如此。所以要把握铝箔轧制的影响因素, 对实验室评价十分重要。实验是对有代表性的试验轧机的评价, 与现场比较, 具有轧制速度低、工作辊径小等缺陷, 故不能完全代表现场的情况。

利用轧制板材的试验轧机, 对现有生产轧机作一套具有张力或同等张力的低张力控制系统, 及其附加实验装置, 试验时对箔材表面施以不同的润滑状态, 若将压下刻度设定为现场轧制的1.5倍, 接触弧长为1/3, 给定单位时间的加工率和生产现场大致相同, 即采用压下量为75%左右进行轧制, 来探讨表面损伤中具有代表性的箭羽花纹是可行的。

试验结果表明, 无论采用现场生产轧机, 还是使用试验轧机, 都将产生不同的箭羽花纹, 一种是因润滑不足产生的, 另一种则是润滑过剩产生的。现分述如下。

一 实验方法

1.试验轧机为四辊冷轧试验轧机。辊径40毫米, 辊长200毫米, 最大压力40吨力, 最大轧制速度135米/分钟, 材料用轴承钢。讨论了凸度2/100、3/100、4/100毫米三种轧辊。卷筒装制的张力控制最好能使用电磁离合器, 润滑剂油温为40℃, 以20L/min的速度供给。选用厚度0.09毫米、宽55毫米的纯铝箔作试验材料。以研究基体(H₁₈)润滑油的影响为目的, 使用在同一粘度组成的不同基体润滑剂基油A和基油B。基油A为石腊系, 基油B为环烷系。基油性能见表 1, 试验油性质, 1—9试样用基油A, 10—20号使用基油B, 以高级醇和脂作添加剂, 添加剂的添加量对应关系为1和10, 2和11, 3和12, 4和13……9和20。

2.评价条件有:工作辊线速100米/分钟, 前后张力分别为49兆帕、29兆帕, 目标压下量为75%。实验时按控制的轧制力轧制, 轧制力按29、49、78×10³N依次增加载荷, 每次轧制300米最好能实现目标压下量。

为研究磨损粉末平均直径对箭羽花纹的影响, 将其他的轧制条件作为定量, 轧制负荷按29、49、78、98、118、147×10³N6个阶段依次增加, 每次轧制约300米。

二 实验结果与讨论

1.轧制实验结果, 箭羽花纹评价用以下有关因素表示, 用总计程度得出, 使用环烷系基油B的箭羽花纹较理想。

箭羽花纹评价合计值U_A为6, U_B为0, 说明润滑状态决定表面状态与表面损伤相吻合。在同时间给定的加工率, 考虑了以上情况, 本实验的现场生产轧机出现了理想的状态。

2.箭羽花纹的观察。试验轧机同样出现箭羽花纹, 外表与现场生产线产生的情况类似。光学显微镜观察, 二者产生的箭羽花纹外表相同。箭羽花纹由于粘附而产生。在羟基值低、且轧制负荷高, 则易产生箭羽花纹, 这种花纹由润滑不足局部烧结而产生, 称为润滑不足的箭羽花纹。另一种花纹, 润滑油麻点分散且多, 外表光泽不均。这种花纹在轧制负荷低时, 使用羟基值高的试验油多有发生。这时由于润滑过量而产生, 称为润滑过剩箭羽花纹。

比较试验和现场生产的箭羽花纹, 前者较细, 用ESCA进行表面分析, 研究表面的金属铝和Al₂O₃含量, 发现润滑不足的箭羽花纹Al₂O₃含量少。

3.影响箭羽花纹的因素。箭羽花纹在轧制负荷29×10³N时, 几乎不产生, 在49×10³N, 78×10³N时发生, 即轧制负荷越大，箭羽花纹越严重。注意轧辊间隙的影响, 毫米时难于产生严重的箭羽花纹, 在毫米、毫米时, 较易产生。实际上轧出的箔材越厚之处, 产生箭羽花纹的趋势越大。

用基油B, 轧辊间隙和润滑油的性质对箭羽花纹的影响, 通过回归分析, 得出下面结果。

y—总计程度

a—轧制油羟基值(mgkOH/g)

β—试样轧制油皂化值

δ—轧辊间隙(mm)

多重相关系数0.92。从上述各因素的关系, 可作某种程度的推定。即添加剂用高级醇和酯, 而且浓度过高或过低都容易产生箭羽花纹, 必须指出, 醇的浓度比酯的影响更大, 轧辊间隙最适宜的值为0.02mm, 如果增大间隙, 对箭羽花纹的产生将有较大的影响。如果考虑此影响系数, 轧辊间隙的影响比轧制油的影响更为明显。

使用基油A也常产生箭羽花纹, 不仅添加剂的性质, 而且基油和添加剂的配比也很重要。通过考察箭羽花纹的产生原因, 如考虑以箭羽花纹在轧辊咬入区内的压力及摩擦系数的不均匀为起点, 正如石川等的研究报告那样, 轧辊间隙大, 容易造成宽度方向的轧制力和摩擦系数不均匀, 添加剂的吸附不均匀, 边界润滑的摩擦系数也不均匀。这就是基油和添加剂要求最佳配比的主要原因。由此推测, 由于不均匀的压力, 分布在混合润滑区域引起不均匀的摩擦系数以及不均匀的添加剂吸附, 导致轧辊咬入区的箔材塑性流动以及润滑过剩和润滑不足, 最终产生箭羽花纹。

4.箭羽花纹的产生和摩损粉末的平均直径

从现场生产轧机的油槽中, 提取轧制油, 包括轧制中的摩损粉末及试验轧机在循环的试验油, 测定摩损粉末的直径和箭羽花纹的状态, 很明显, 摩损粉末的直径大, 就容易产生箭羽花纹。轧制油中的摩损粉末直径的控制, 对箭羽花纹的控制是很关键的。

三 结语

1.用现场生产轧机同样产生箭羽花纹。探讨现场生产铝箔中产生箭羽花纹的轧制油以及不产生箭羽花纹的轧制油, 得出了和试验轧机相对应的结果。

2.通过箭羽花纹的表面观察和表面分析, 明确了因润滑不足和润滑过剩产生的二种箭羽花纹。

3.对铝箔轧制油来说, 添加剂有一最佳浓度值, 如果过高或过低都将产生箭羽花纹, 最佳浓度视基油的配比而不同。

4.比较轧辊间隙和轧制油对箭羽花纹产生的影响, 确认了前者对箭羽花纹的影响更大。

5.轧制油中摩损粉末的平均直径大, 较易产生箭羽花纹。

廖乐杰摘译自《塑性加工》, 1987, No.7, 739~744(日文)

陈芳华、钟建华校