Mg含量對(duì)5B02鋁合金箔材組織和性能的影響

湯林志，金龍兵

（1.中國(guó)鋁業(yè)公司，北京 100082；2.東北輕合金有限責(zé)任公司，哈爾濱 150060）

Mg含量對(duì)5B02鋁合金箔材組織和性能的影響

湯林志1，金龍兵2

（1.中國(guó)鋁業(yè)公司，北京 100082；2.東北輕合金有限責(zé)任公司，哈爾濱 150060）

研究了不同Mg含量的5B02合金退火處理和冷軋加工對(duì)5B02合金組織和性能的影響。結(jié)果表明：兩種Mg含量的合金箔坯，在不同的加熱退火溫度下退火，其退火軟化趨勢(shì)基本相同。兩種Mg含量的5B02合金在加工率為75%之前，硬化趨勢(shì)基本一致。當(dāng)合金冷軋總加工率超過75%以后，Mg含量高的5B02合金加工硬化速率明顯加快。

5B02鋁合金，退火熱處理，加工硬化，性能

0 前言

5B02鋁合金為5×××系防銹鋁合金，與俄羅斯AM-2鋁合金成份相當(dāng)[1]。該鋁合金的主要合金成分元素為Mg，同時(shí)含有少量的Mn、Si、Fe、Cu等合金元素。金屬M(fèi)g是合金的主要強(qiáng)化元素，其含量的高低直接影響合金的加工硬化速率和綜合性能，對(duì)合金冷軋加工后的板型控制生產(chǎn)工藝影響明顯。因此，研究合金元素Mg含量對(duì)5B02鋁合金性能和組織的影響，優(yōu)化合金生產(chǎn)加工工藝，可為合金箔材大生產(chǎn)工藝的制定提供一定的參考。

1 試驗(yàn)方法

鑄錠經(jīng)銑面后得到規(guī)格為239mm×1000mm ×1100mm～1500mm的5B02鋁合金熱軋錠坯，在鏈?zhǔn)郊訜釥t中加熱 6～8h，出爐金屬溫度控制在470～500℃熱軋，經(jīng)21個(gè)道次熱軋，熱軋終了厚度控制在6.5mm左右，終了溫度控制在320～360℃。熱軋后再進(jìn)行2道次熱精軋至厚3.5mm左右，采用300～360℃溫度中間退火60min，經(jīng)6道次冷軋至0.49mm的箔坯。

試驗(yàn)選取厚度為0.49mm的合金箔坯。退火實(shí)驗(yàn)在箱式電阻爐中進(jìn)行。退火溫度分別為110℃、150℃、180℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、280℃、300℃、325℃、350℃、400℃、450℃，退火保溫時(shí)間均為60min，獲得5B02合金箔坯的軟化曲線。將中間退火后的箔坯冷軋至厚0.03mm左右，繪制合金加工硬化曲線。

試驗(yàn)中，選取合金的高倍組織和室溫性能試樣進(jìn)行分析檢測(cè)，研究合金元素Mg含量對(duì)合金組織和性能的影響。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 合金化學(xué)成分

本試驗(yàn)選擇了2種不同Mg含量的5B02合金研究組織和性能關(guān)系，其主要化學(xué)成分見表1。

表1 5B02試驗(yàn)合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

2.2 合金熱軋板材性能及組織

對(duì)2種不同Mg含量的5B02熱軋板的室溫性能進(jìn)行了測(cè)試，性能結(jié)果見表2。結(jié)果表明，高M(jìn)g含量的合金熱軋板材，其強(qiáng)度和延伸率均高于低Mg含量的合金。

表2 5B02試驗(yàn)合金熱軋板材的室溫力學(xué)性能

對(duì)2種不同Mg含量的5B02表面、芯部的組織進(jìn)行了觀察，組織形貌見圖1。結(jié)果表明，高M(jìn)g含量合金熱軋板材的再結(jié)晶程度（熱軋終了溫度在320～360℃）高于低Mg含量的合金。

圖1 不同Mg含量熱軋板材合金高倍組織（偏光）

2.3 不同含鎂量合金的軟化曲線及高倍組織

對(duì)2種不同Mg含量的5B02合金箔坯料在不同溫度下的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見圖2和圖3。試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種Mg含量的合金箔坯，在不同的加熱退火溫度下退火，其退火軟化趨勢(shì)基本相同，兩種Mg含量合金箔坯的開始退火再結(jié)晶溫度約為260℃。其中，Mg含量高的5B02合金箔坯的抗拉強(qiáng)度比Mg含量低的合金箔坯高約20～30MPa。

圖2 1#合金箔坯試樣的軟化曲線（0.49mm）

圖3 2#合金箔坯試樣的軟化曲線（0.49mm）

對(duì)2種不同Mg含量的5B02合金箔坯料在不同溫度下的變形組織進(jìn)行了分析，組織形貌見圖4和圖5。試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種鎂含量的5B02合金0.49mm厚冷軋料在260～450℃之間退火時(shí)，其合金組織均為再結(jié)晶組織，其組織均勻、細(xì)小。

圖4 1＃合金試樣退火后的典型偏光組織（0.49mm）

圖5 2＃合金試樣退火后的典型偏光組織（0.49mm）

2.4 不同含鎂量合金的冷軋加工硬化曲線

2種不同Mg含量的5B02合金在不同加工率下抗拉強(qiáng)度和延伸率變化情況見圖6和圖7。 試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種含鎂量的5B02合金在加工率為75%之前，硬化趨勢(shì)基本一致。當(dāng)合金冷軋總加工率超過75%以后，含鎂量高的5B02合金加工硬化速率明顯加快。在冷軋加工率約為93%時(shí)，含Mg量高的合金箔材，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到490MPa；含Mg量低的合金箔材，其抗拉強(qiáng)度僅為325MPa，強(qiáng)度差別明顯，但其延伸率差別不大，均為0.5%左右。

圖6 1＃合金試樣冷軋后的加工硬化曲線

圖7 2＃合金試樣冷軋后的加工硬化曲線

3 結(jié)果分析與討論

表2的試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種成分的5B02合金鑄錠經(jīng)熱軋后，高鎂含量的合金強(qiáng)度高于低鎂含量的合金強(qiáng)度，且其延伸率也高。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因可能在于，合金中Mg是主要的強(qiáng)化相[2]，鎂含量高時(shí)，材料的固溶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化作用均高，因而合金的強(qiáng)度也高；同時(shí)，由于鎂含量高時(shí)，材料的再結(jié)晶溫度相應(yīng)也降低，材料更易再結(jié)晶。在相同的熱軋條件下，含鎂量高的熱軋料再結(jié)晶程度更高些，因此，鎂含量高時(shí)延伸率也較高。圖1也印證了上述觀點(diǎn)。

從圖1的高倍組織中可以看出，5B02熱軋板再結(jié)晶程度在板厚方向從表層往中心層逐漸減弱。這主要是因?yàn)闊彳垥r(shí)材料表層所承受的變形程度比中心層大，使得表層的開始再結(jié)晶溫度相對(duì)較低，而且表層變形大變形熱也多，因而使得表層溫度也相對(duì)較高，上述兩因素均促使表層金屬較中心層金屬更易產(chǎn)生再結(jié)晶。隨著后續(xù)冷變形的進(jìn)行，熱軋料的這種組織的不均一性現(xiàn)象完全消失，這可從圖4、圖5中得到證明。圖4、圖5表明，0.49mm厚的冷軋料經(jīng)退火后整個(gè)橫截面上的組織是均勻的。

圖2、圖3的合金退火熱處理軟化曲線試驗(yàn)結(jié)果表明，含鎂量高的與含鎂量低的5B02合金，其0.49mm厚冷軋料的退火軟化趨勢(shì)幾乎是一樣的，而且，鎂含量高的5B02合金的抗拉強(qiáng)度始終高于鎂含量低的，這與合金化程度對(duì)材料性能的影響規(guī)律是相吻合的。

圖4、圖5的合金退火后高倍組織表明，兩種鎂含量的5B02合金0.49mm厚冷軋料在260～450℃之間退火時(shí)，其金相組織均為再結(jié)晶組織。在實(shí)際生產(chǎn)中，考慮到生產(chǎn)過程來(lái)料的波動(dòng)、鎂揮發(fā)、爐溫均勻性及退火成本等方面的因素，箔坯退火時(shí)可將金屬加熱溫度選擇在300～350℃之間。

從圖6、圖7中合金加工硬化曲線可以看出，兩種含鎂量的5B02合金在加工率為75%之前，硬化程度基本一致，當(dāng)總加工率超過75%以后，含鎂量高的5B02合金硬化速率明顯加快?？赡艿脑蚴牵?dāng)合金冷軋加工率較小時(shí)，金屬變形主要以滑移的方式進(jìn)行[3]，對(duì)于同一類金屬，其滑移系開動(dòng)是一定的，所以硬化速率基本一致；而當(dāng)加工率超過某一臨界值時(shí)，金屬變形主要是通過位錯(cuò)的繞行或切割來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于同一類金屬來(lái)說(shuō)，隨著合金化程度的提高，彌散強(qiáng)化效果更強(qiáng)。因此，當(dāng)總加工率較大時(shí)，含鎂量高的5B02合金要比含鎂低的5B02合金的硬化速率快。

4 結(jié)論

（1）兩種Mg含量的合金箔坯，在不同的加熱退火溫度下退火，其退火軟化趨勢(shì)基本相同。合金箔坯冷軋加工率約為85%時(shí)，不同Mg含量的5B02合金開始再結(jié)晶溫度均為260℃。

（2）兩種含鎂量的5B02合金在加工率為75%之前，硬化趨勢(shì)基本一致。當(dāng)合金冷軋總加工率超過75%以后，含鎂量高的5B02合金加工硬化速率明顯加快。在相同的冷加工率條件下，含鎂量高的5B02合金抗拉強(qiáng)度明顯高于鎂含量低的5B02合金。

[1] 劉濟(jì)南，王磊，萬(wàn)剛，等.退火對(duì)5B02鋁合金管材織構(gòu)的影響[J].沈陽(yáng)航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，30（6）：72-76

[2] 汪祥鵬，陳忠家，耿德遠(yuǎn)，等.退火工藝對(duì)5A02鋁合金板材組織與性能的影響[J].輕合金加工技術(shù)，2010，38（7）：35-37

[3] 王祝堂,田榮璋.鋁合金及其加工手冊(cè)[M].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社，2000，73-75

（編輯：楊毅）

Effect of Content on Microstructure and Property of 5B02 Foil

TANG Lin-zhi1, JIN Long-bing2
(1. Aluminum Corporation of China,Beijing 100082,China; 2. Northeast Light Alloy Co.,Ltd.,Harbin 150060, China)

Effect various Mg contents on microstucture and property of 5B02 alloy was researched.The results show taht alloy foil stocks with two kinds of Mg content have the same annealing softening trend after annealing at verious heating and annealing temperature.5B02 alloy with two kinds of Mg content have the same haedening trend before 75% working rate.When the total working rate exceeds 75%,work hardening rates of 5B02 alloy with high content of Mg speed up obviously.

5B02 aluminum alloy; annealing treatment;work hardening; property

TG146.21

A

1005-4898(2014)04-0004-05

10.3969/j.issn.1005-4898.2014.04.01

湯林志（1982-），男，江蘇人，博士研究生，金屬材料及加工專業(yè)。

2014-06-10