1235D冷轧板退火过程对微观结构和力学性能影响的机理

《Journal of Alloys and Compounds》：Mechanism of annealing process affecting the microstructure and mechanical properties of 1235D cold-rolled sheets

1235D冷轧铝箔中间退火温度对机械性能的影响及机理研究。通过系统研究280-560℃退火过程中第二相演变、再结晶晶粒尺寸和织构变化，发现最佳退火温度为460℃，此时冷轧 sheets 延伸率达37.4%。温度升高导致Al6(Fe,Cu)相向Al3Fe相转变，第二相和晶粒尺寸呈现先减后增趋势，其中460℃时尺寸分别最小至1.19μm和9.09μm。退火工艺通过调控第二相类型和尺寸分布影响晶粒生长，进而优化机械性能。

　　

魏唐|沈俊通|潘俊鹏|吴超|郭志生|张大忠|王洪波|朱子宗|王宇

摘要

在冷轧过程中进行的中间退火是采用双辊连续铸造轧制方法生产的1235D电池铝箔整个生产过程中唯一的热处理步骤，它对冷轧板材和最终铝箔产品的机械性能起着决定性作用。本研究对厚度为1.80毫米的1235D冷轧铝合金板材在280-560°C范围内进行退火处理，系统地研究了第二相的形成、再结晶微观结构及织构随温度的变化规律，揭示了影响机械性能变化的根本机制。研究发现，存在一个最佳的退火温度，可使得1235D冷轧板材的伸长率达到最大值。随着温度的升高，稳定的第二相从Al₆(Fe,Cu)转变为Al(Fe,Mn)Si，最终变为Al₃Fe。第二相和再结晶晶粒的平均尺寸最初会随着温度的升高而减小，然后在460°C时达到最小值，分别为1.19微米和9.09微米。退火过程通过改变第二相的类型和尺寸分布，进而影响再结晶晶粒的大小，从而影响1235D冷轧板材的抗拉强度和伸长率；在460°C时，伸长率达到最大值约37.4%。

引言

1235铝合金具有优异的导电性和耐腐蚀性，广泛应用于航空航天、汽车和电池等领域[1],[2],[3],[4]。自中国实施节能减排和“双碳”政策以来，对高效、清洁锂离子电池的需求急剧增加。作为锂电池的集流体，铝箔在连接外部电路和内部化学反应中起着重要作用[5],[6],[7],[8]。为了提高能量密度，铝箔的厚度被不断减薄，但这导致其伸长率显著下降，同时白条和针孔等缺陷的风险也增加了[9]。1235铝合金通常通过铸造-轧制、冷轧（退火）和箔轧制工艺生产。冷轧板材的质量和性能是决定铝箔产品特性的核心因素之一[10],[11]。

冷轧过程中的退火通过影响沉淀物、再结晶结构和织构来改变冷轧板材的性能，这些因素对铝箔产品的机械性能至关重要[12],[13],[14],[15]。随着退火温度的升高，铝合金的位错密度逐渐降低，抗拉强度和屈服强度逐渐下降，而伸长率则持续增加[16],[17]。当温度达到再结晶温度后，位错密度降低，机械性能趋于稳定；进一步升高退火温度时，再结晶晶粒变得粗大，伸长率随之减小[18],[19],[20]。Mogucheva等人发现，将Al-8%MM铝合金在600°C下退火10小时后，其伸长率增加了32%，而抗拉强度降低了16%[21]。退火过程包括三个阶段：回复、再结晶和晶粒生长。理想的退火状态是完成再结晶并阻止晶粒生长。设计合适的退火工艺是获得细小再结晶结构的必要条件[22],[23]。在细晶粒铝合金中，位错滑移更加分散，导致变形更加均匀；同时，晶界数量的增加使得裂纹的产生和扩展更加困难。尽管已有研究探讨了冷轧板材的性能，但沉淀物、再结晶结构和织构对其机械性能的影响仍不明确。

一些企业对1235铝合金中的Fe、Cu和Mn含量进行了微调，形成了新的合金牌号1235D。结合优化的热处理工艺，这种改进使得铝箔的抗拉强度更高，伸长率更好。本研究系统地研究了退火温度对1235D冷轧板材微观结构和机械性能的影响，为优化其机械性能及后续铝箔产品的性能提供了理论基础和技术指导。

实验部分

实验

本实验使用的原材料为1235D冷轧板材，其化学成分见表1。经过熔炼和精炼后，通过双辊连续铸造轧制工艺获得了厚度为6.8毫米的板材，随后进行冷轧（6.80毫米→3.60毫米→1.80毫米（退火）→0.80毫米→0.36毫米→0.22毫米）。退火前的总变形量为73.5%，而从退火后的板材到最终铝箔的总变形量为99.3%。

第二相

图2展示了在不同温度下退火的1235D冷轧板材中第二相的形态，图3显示了它们的平均尺寸。结果表明，温度对第二相的形态和尺寸有显著影响。在280℃退火后，第二相的平均尺寸约为1.71微米，主要由较大尺寸的骨架结构组成，并呈带状分布。这种现象与继承的微观结构有关。

结论

(1) 在280–560℃的退火温度范围内，1235D冷轧铝合金板材中的第二相依次从Al₆(Fe, Cu)转变为Al(Fe,Mn)Si，最终变为Al₃Fe。相变过程中伴随着特征性的温度依赖性尺寸变化，即初期尺寸减小随后变粗。晶粒尺寸的变化也呈现类似的趋势，即初期细化随后粗化。在最佳退火温度下

作者贡献声明

沈俊通：实验研究、数据整理。魏唐：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、实验研究、数据分析。吴超：指导工作。潘俊鹏：指导工作、项目管理。张大忠：实验研究。郭志生：指导工作。朱子宗：指导工作、项目管理。王洪波：撰写、审稿与编辑、数据分析、概念构思。王宇：指导工作。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢重庆大学分析测试中心的张斌博士提供透射电子显微镜（TEM）表征服务，以及重庆大学电子显微镜中心的邓超博士提供扫描电子显微镜（SEM）观察支持。