鋁合金板材拉伸變形時(shí)橘皮成因的研究進(jìn)展

馬鳴圖，楊紅亞，吳娥梅，金慶生

（1.中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司，重慶 400039；2.重慶新材料工程中心，重慶 400039）

鋁合金板材拉伸變形時(shí)橘皮成因的研究進(jìn)展

馬鳴圖1，楊紅亞2，吳娥梅2，金慶生1

（1.中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司，重慶 400039；2.重慶新材料工程中心，重慶 400039）

本文對(duì)鋁合金板材拉伸變形時(shí)橘皮成因的研究進(jìn)展進(jìn)行了評(píng)述。首先展示了有無(wú)橘皮板材在各種檢測(cè)儀器下拉伸變形前后的表面形貌、表面滑移帶、粗糙度和拉伸斷口的形貌，并展示了納米硬度的測(cè)量結(jié)果和表征。進(jìn)一步介紹了最近關(guān)于橘皮形成的電子背散射衍射技術(shù)（EBSD）的研究成果和X射線對(duì)有無(wú)橘皮樣品的織構(gòu)測(cè)量結(jié)果，結(jié)合樣品的顯微組織和力學(xué)性能深入分析了橘皮的成因。一系列的結(jié)果表明，拉伸變形以后表面橘皮的出現(xiàn)與拉伸變形過程中產(chǎn)生的織構(gòu)密切相關(guān)，而織構(gòu)的生成又與拉伸過程中晶粒變形的不均勻性有關(guān)；晶粒的大小將明顯影響變形的不均勻性和織構(gòu)的生成，粗晶粒比細(xì)晶粒更容易產(chǎn)生不均勻變形、晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)和織構(gòu)，從而導(dǎo)致拉伸變形后生成表面橘皮。由此介紹了粗晶粒和細(xì)晶粒拉伸變形后表面狀態(tài)的示意模型，同時(shí)建議對(duì)橘皮的形成進(jìn)行進(jìn)一步的研究和分析，以完善橘皮成因的定量描述。

橘皮成因；力學(xué)性能；拉伸斷口；納米硬度；EBSD；X射線

1 前言

變形鋁合金汽車板主要用于制造汽車內(nèi)外覆蓋件的沖壓件，與鋼制沖壓件相比，可以明顯降低沖壓件的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)其輕量化[1]。它作為發(fā)動(dòng)機(jī)罩板等覆蓋件還可以減少碰撞等行為的傷害，從而有利于實(shí)施碰撞對(duì)行人的保護(hù)法規(guī)，有利于汽車產(chǎn)品的出口[2]。作為汽車沖壓件的鋁合金板材性能要求較高[3]，尤其是作為汽車外覆蓋件時(shí)對(duì)其表面質(zhì)量要求較高，以確保其沖壓構(gòu)件在油漆烘烤后的表面光鮮性。鋁合金板材作為汽車沖壓件較常見的缺陷為由于失效產(chǎn)生拉伸時(shí)的屈服點(diǎn)伸長(zhǎng)，在沖壓構(gòu)件上引起表面起皺。研究表明具有立方織構(gòu)的粗晶或者晶粒大小的不均勻都將導(dǎo)致橘皮產(chǎn)生；已有工作曾研究觀察了變形表面橘皮的形貌并分析了鋼板變形時(shí)橘皮的成因[4，5]，本文對(duì)鋁合金板材拉伸變形時(shí)橘皮成因的研究進(jìn)展進(jìn)行了評(píng)述，將展示有無(wú)橘皮形貌的鋁合金板材的組織和拉伸性能、有無(wú)橘皮試樣拉伸變形前后的表面形貌、表面滑移帶、粗糙度和拉伸斷口的形貌，展示納米硬度的新近研究成果并給出橘皮的納米硬度表征[6]。文章將進(jìn)一步綜述關(guān)于鋁合金板材橘皮形成的電子背散射衍射技術(shù)（EBSD）和X射線的測(cè)量成果[7]，在分析綜合的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深化關(guān)于鋁合金橘皮成因的認(rèn)識(shí)，并提出橘皮成因的變形模型，改進(jìn)與避免橘皮產(chǎn)生有關(guān)的措施和建議。

2 鋁合金汽車板橘皮的形貌觀察

文獻(xiàn)[6]曾對(duì)拉伸變形后有無(wú)橘皮的試樣表面進(jìn)行了系統(tǒng)的觀察和研究，所用的鋁合金為6016，合金成分（%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：Si=0.70、Mn=0.065、Cu＜0.05、Mg=0.56、Cr＜0.04、Zn＜0.05、Ti=0.026、Fe=0.06、Al余之。板材為1.2 mm的薄板，經(jīng)T4Pd處理。拉伸變形后表面形貌見圖1[6]，三維激光掃描測(cè)定的有橘皮樣品的表面形貌見圖2[7]。從圖1和圖2中可以看出，拉伸變形后粗糙的表面形貌非常像橘子皮，特別是在激光掃描下的圖像更加形象；而在三維狀態(tài)下，更像粗糙的核桃皮。其表面粗糙度的測(cè)量結(jié)果見表1，粗糙度曲線見圖3。

圖1 有橘皮和無(wú)橘皮試樣表面形貌對(duì)比Fig.1 The surface morphology comparison of tension samples with orange peel and non orange peel

表1中，Rq為輪廓的均方根誤差，即在取樣的長(zhǎng)度范圍內(nèi)輪廓偏距的均方根值；Rz為微觀不平度，即在取樣長(zhǎng)度內(nèi)5個(gè)最大輪廓峰高平均值與5個(gè)最大輪廓谷深平均值之和；Ry為輪廓的最大高度，即在取樣長(zhǎng)度內(nèi)輪廓峰頂線與輪廓谷底線之間的距離；Rp為輪廓最大峰高，是在取樣長(zhǎng)度范圍內(nèi)從輪廓峰頂線至中線的距離；Rm為輪廓最大谷深，是在取樣長(zhǎng)度范圍內(nèi)輪廓谷底線至中線的距離；S為輪廓單峰的平均間距，即在取樣的長(zhǎng)度范圍內(nèi)輪廓單峰間距的平均值。

表1數(shù)據(jù)表明，橘皮表面與無(wú)橘皮表面相比，其粗糙度參量都高得多，而這樣的粗糙度在油漆后會(huì)嚴(yán)重影響油漆表面的光鮮性，造成沖壓件表面不合格和廢品。

圖2 橘皮表面的三維立體形貌Fig.2 Three-dimensional morphology of orange peel surface

表1 有無(wú)橘皮表面粗糙度（測(cè)量范圍0.8 mm）Table 1 Surface roughness for samples with orange peel and non orange peel（measurement range 0.8 mm）

在掃描電子顯微鏡（SEM）下對(duì)有橘皮表面和無(wú)橘皮表面進(jìn)行了觀察，其典型圖片見圖4。由圖4可以明顯看出樣品表面的變形和滑移帶的形成，在有橘皮樣品的表面滑移帶的相交處形成了橘皮表面的凸起，在更高的倍數(shù)下，可以看出有明顯的表面微裂紋（見圖4a）。眾所周知，滑移帶是晶體內(nèi)某些部分的滑移面進(jìn)行滑移后與晶體表面相交，在交界面所形成的一種組織特征[8]。對(duì)比無(wú)橘皮樣品可以看出，有橘皮樣品中的滑移帶要寬得多，數(shù)量少得多。在無(wú)橘皮的樣品中，滑移帶數(shù)量多且細(xì)，在滑移帶的相交處幾乎沒有發(fā)現(xiàn)任何微裂紋，整個(gè)表面顯得平整。變形后的無(wú)橘皮樣品不影響油漆后的光鮮性。

圖3 粗糙度曲線Fig.3 Roughness curves

圖4 有橘皮和無(wú)橘皮表面的SEM圖像Fig.4 SEM on the surface of tension samples with orange peel and non orange peel

3 拉伸斷口形貌特征

文獻(xiàn)[6]曾對(duì)拉伸后有無(wú)橘皮的斷口形貌進(jìn)行了SEM觀察對(duì)比，100倍下的斷口形貌對(duì)比見圖5。由圖5可以看出，有橘皮樣品的韌窩寬度比無(wú)橘皮樣品的韌窩寬度要寬得多，二者分別為65～70 mm和40～45 mm，即有橘皮的拉伸試樣斷口剪切唇的寬度較窄，而無(wú)橘皮的拉伸試樣斷口剪切唇的寬度較寬，這與兩個(gè)樣品的延性不同有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。剪切唇是在臨界分切應(yīng)力作用下使晶體產(chǎn)生滑移所形成的，剪切唇寬的樣品其延性要高[9]。對(duì)比兩種材料的剪切唇，有橘皮的拉伸試樣斷口剪切唇中的滑移帶較寬，并且交滑移的圖像不明顯（見圖6a）；無(wú)橘皮的拉伸試樣斷口剪切唇中的滑移帶密集，具有明顯交滑移的形貌，這和斷口中表面層滑移帶的寬窄形貌相一致（見圖6b）。這種形貌表明，兩種材料在拉伸變形時(shí)所啟動(dòng)的滑移系是不同的，有橘皮材料啟動(dòng)相鄰晶粒的滑移系較少，無(wú)橘皮材料啟動(dòng)相鄰晶粒的滑移系較多，其交滑移現(xiàn)象十分明顯和活躍，導(dǎo)致出現(xiàn)較寬的剪切唇。

圖5 有橘皮和無(wú)橘皮的拉伸斷口對(duì)比Fig.5 The fracture of tension samples with orange peel and non orange peel

圖6 有橘皮和無(wú)橘皮拉伸斷口的剪切唇形貌Fig.6 The shear lip morphology of tension samples with orange peel and non orange peel

有橘皮和無(wú)橘皮試樣的韌窩形貌也有明顯不同，有橘皮試樣的拉伸斷口韌窩較大，相對(duì)較淺，且局部地方拉長(zhǎng)變形明顯（見圖7a），而無(wú)橘皮試樣的拉伸斷口韌窩較小，且深度較深，難以找出明顯拉伸變形的韌窩（見圖7b）。這些特征與有橘皮樣品變形不均勻，無(wú)橘皮樣品變形較均勻，以及韌窩區(qū)的寬窄等特征相一致。這與文獻(xiàn)[10]中的拉伸斷口形貌相一致。實(shí)際上，延性斷裂過程是一個(gè)緩慢的過程，在單獨(dú)拉伸時(shí)，當(dāng)加工硬化增加的強(qiáng)度不足以補(bǔ)償截面收縮減少的強(qiáng)度時(shí)，就產(chǎn)生了縮頸。縮頸的形成代表了3種應(yīng)力狀態(tài)的形成，在縮頸的中心就產(chǎn)生了3組拉應(yīng)力，在這一應(yīng)力的作用下，在夾雜物等缺陷處會(huì)形成小孔洞，這些孔洞逐漸匯集成一個(gè)裂口，裂口沿垂直于拉伸的方向擴(kuò)展，直到接近試樣表面，然后沿著局部應(yīng)力集中的切應(yīng)變平面（和拉伸軸呈45°角）傳播，形成杯錐斷口的錐面部分[11]。按照這一延性斷裂過程，材料的加工硬化能力對(duì)斷口的形貌即剪切唇的寬度和中間韌窩寬度的比值有重要的影響。一般橘皮形成時(shí)材料的晶粒粗大，加工硬化能力遠(yuǎn)小于無(wú)橘皮的細(xì)晶粒組織材料，因此就形成了前述的有橘皮和無(wú)橘皮的斷口組織特征。

圖7 有橘皮和無(wú)橘皮拉伸斷口形貌Fig.7 The dimples in fracture of tension samples with orange peel and non orange peel

4 表面橘皮的納米硬度表征

長(zhǎng)期以來，對(duì)表面橘皮的表征均以表面形貌的特征為依據(jù)，對(duì)橘皮的物理和力學(xué)本質(zhì)缺乏了解。文獻(xiàn)[6]首次嘗試對(duì)表面橘皮進(jìn)行納米硬度測(cè)試，以探討有無(wú)橘皮樣品納米硬度的表征特性，圖8給出了有無(wú)橘皮樣品表面納米硬度的測(cè)量曲線即載荷-壓痕深度曲線，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

圖8 有橘皮和無(wú)橘皮樣品表面納米硬度測(cè)量曲線Fig.8 Nano hardness testing curves on surface of samples with orange peel and non orange peel

表2 有無(wú)橘皮樣品的納米硬度試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The result of nano hardness tests for orange peel sample and non orange peel sample

從表2可以看出，有橘皮樣品的納米硬度最大載荷以及彈性模量（在彈性范圍內(nèi)，單位變形深度的負(fù)荷值）均遠(yuǎn)高于無(wú)橘皮樣品；而無(wú)橘皮樣品的最大壓入深度和塑性變形的深度遠(yuǎn)大于有橘皮樣品，即經(jīng)過拉伸變形后，有橘皮樣品的微區(qū)硬化遠(yuǎn)高于無(wú)橘皮樣品。

多晶體由不同取向的多個(gè)晶粒組成，在室溫下鋁合金為面心立方，有12個(gè)滑移系。當(dāng)鋁合金承受外力，某一晶粒對(duì)外力的位向有利于變形時(shí)，將首先變形，而由于臨近晶粒的位向和不同方向彈性模量的差異，晶粒間承受不均勻的應(yīng)力，導(dǎo)致不均勻變形；和小尺寸的晶粒相比，大尺寸晶粒有利于滑移方向的晶粒內(nèi)部可啟動(dòng)的滑移系較少，因此在晶界就會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，當(dāng)相鄰晶粒開始滑移變形時(shí)，晶界的這一應(yīng)力才得以松弛。對(duì)于大尺寸晶粒，不同位向的晶粒其滑移不易通過晶界傳至相鄰的晶粒，形變結(jié)果為晶界變形較大，并且變形由內(nèi)擴(kuò)大出現(xiàn)類似竹節(jié)狀的多晶體變形。粗晶粒相比細(xì)晶粒更容易出現(xiàn)不均勻變形，滑移系少的金屬材料比滑移系多的金屬材料也更容易出現(xiàn)不均勻變形，而當(dāng)不均勻變形達(dá)到一定程度時(shí)，即表現(xiàn)出宏觀可見的橘皮。有橘皮試樣由于變形的嚴(yán)重不均勻性，晶界處產(chǎn)生了嚴(yán)重的內(nèi)應(yīng)力累積，從而使之發(fā)生形變硬化，導(dǎo)致微區(qū)內(nèi)納米的壓痕硬度升高，最大載荷上升，最大壓入深度和塑性變形深度減小。

雖然納米硬度測(cè)試已經(jīng)明確表示了有橘皮和無(wú)橘皮樣品的納米硬度的響應(yīng)有明顯不同，有橘皮樣品的塑性變形能力下降，納米硬度升高，最大載荷和彈性模量都升高，而這些特性是一種表層性能變化的反映，用其他測(cè)量參量還無(wú)法反映橘皮形成后的一些表層特性。但目前這僅僅是一個(gè)初步的嘗試，只能通過有橘皮和無(wú)橘皮樣品的對(duì)比才能反映二者的變化。因此，如果通過進(jìn)一步的研究和積累，能建立起一種物理和力學(xué)模型，直接通過納米硬度測(cè)試就可以有效反映變形材料的橘皮效應(yīng)，那將是橘皮效應(yīng)納米壓痕的進(jìn)一步定量表征。

5 鋁合金板材表面形貌的EBSD分析

EBSD因制樣簡(jiǎn)單，能對(duì)大面積區(qū)域進(jìn)行晶體學(xué)取向信息的快速統(tǒng)計(jì)分析等優(yōu)點(diǎn)而在材料的微觀組織表征領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用[12]。通過樣品面掃描采集到的數(shù)據(jù)不但可以繪制取向成像圖，還可以繪制極圖、反極圖，計(jì)算取向差分布函數(shù)。在很短的時(shí)間內(nèi)就能獲得關(guān)于樣品的大量的晶體學(xué)信息，如晶體織構(gòu)和界面取向差，晶粒尺寸及形狀分布，晶界、亞晶及孿晶界性質(zhì)分析，應(yīng)變和再結(jié)晶的分析，相鑒定及相比計(jì)算等。

文獻(xiàn)[13]曾用EBSD研究了AA3104和AA1050鋁合金板不同冷變形后的組織演化過程和織構(gòu)變化，并計(jì)算了界面取向差的分布圖。文獻(xiàn)[3]曾用EBSD分析了ST14鋼板中橘皮缺陷的成因，并認(rèn)為其與變形過程中織構(gòu)的形成有一定的關(guān)系；文獻(xiàn)[7]對(duì)比研究了有橘皮和無(wú)橘皮樣品的EBSD圖像，合理解釋了在變形鋁合金汽車板（6016）中橘皮形成的原因，其中無(wú)橘皮樣品的微變形區(qū)和大變形區(qū)的晶粒取向的EBSD試驗(yàn)結(jié)果見圖9、圖10，有橘皮樣品的微變形區(qū)和大變形區(qū)的晶粒取向的EBSD試驗(yàn)結(jié)果見圖11、圖12。

對(duì)比圖9、圖10可以看出，無(wú)橘皮樣品的微變形區(qū)的晶粒取向已存在[0 0 1]取向特征，但還存在一些分散的其他取向。較大變形區(qū)晶粒[0 0 1]取向變得明顯，其他取向減少，說明在拉伸過程中，晶粒發(fā)生一定轉(zhuǎn)動(dòng)，向[0 0 1]靠攏。但在有橘皮樣品中微變形區(qū)晶粒有[0 0 1]取向傾向，還存在一些其他取向。在較大變形區(qū)晶粒形成強(qiáng)烈的[0 0 1]取向，其他取向明顯減少，說明在拉伸過程中，該樣品的晶粒發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)動(dòng)，其取向向[0 0 1]靠攏。

有橘皮和無(wú)橘皮樣品比較而言，無(wú)橘皮樣品在拉伸過程中晶粒發(fā)生的轉(zhuǎn)動(dòng)比有橘皮樣品要小得多。推測(cè)這是由于有橘皮樣品中晶粒較大，在拉伸過程中晶粒有足夠轉(zhuǎn)動(dòng)的空間，而無(wú)橘皮樣品晶粒較小，周邊相鄰的晶粒較多，其轉(zhuǎn)動(dòng)范圍和轉(zhuǎn)動(dòng)量受周邊晶粒的限制較多，因此其轉(zhuǎn)動(dòng)量較小，晶粒取向傾向也較小。由于有橘皮樣品中晶粒的轉(zhuǎn)向大，各晶粒的變形差異也大，對(duì)拉伸方向比較有利的變形取向的晶粒容易發(fā)生變形，但這種變形不容易傳遞到相鄰晶粒，由于這類變形取向有利的晶粒受周圍晶粒拘束較小，易隨變形而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，只是在晶界發(fā)生變形累積，造成表面凹凸不平，即宏觀上的橘皮。以上這些結(jié)果與鋼鐵材料拉伸變形過程中橘皮產(chǎn)生的原因以及EBSD的分析結(jié)果類似。

圖9 無(wú)橘皮樣品的微變形區(qū)晶粒取向圖Fig.9 Grain orientation map in micro deformation zone of non orange peel sample

圖10 無(wú)橘皮樣品的大變形區(qū)晶粒取向Fig.10 Grain orientation map in large deformation zone of non orange peel sample

圖11 有橘皮樣品微變形區(qū)晶粒取向Fig.11 Grain orientation map in micro deformation zone of orange peel sample

圖12 有橘皮樣品大變形區(qū)晶粒取向Fig.12 Grain orientation map in large deformation zone of orange peel sample

為了進(jìn)一步證明在拉伸過程中晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)織構(gòu)的形成，文獻(xiàn)[7]進(jìn)行了有橘皮和無(wú)橘皮的鋁合金板材的X射線衍射分析，圖13給出了有橘皮樣品的微變形區(qū)和大變形區(qū)的X射線衍射圖譜。圖14給出了美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）衍射卡片鋁的標(biāo)準(zhǔn)衍射圖譜數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)圖譜中的最強(qiáng)峰是（1 1 1）面，次強(qiáng)峰為（2 0 0）面，試驗(yàn)樣品無(wú)論是微變形區(qū)還是大變形區(qū)，最強(qiáng)峰都是（1 0 0），并且峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他峰，這說明實(shí)驗(yàn)樣品有很強(qiáng)烈的（1 0 0）織構(gòu)。另外，（1 0 0）的法向就是[0 0 1]，這與EBSD的結(jié)果一致。

圖13 有橘皮樣品的微變形區(qū)和大變形區(qū)的X射線衍射圖Fig.13 X-ray diffraction map of micro deformation and larger deformation zone of orange peel

圖14 衍射卡片04-0787鋁的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)Fig.14 The 04-0787 aluminous data standard of diffraction

6 有橘皮和無(wú)橘皮鋁合金汽車板的力學(xué)性能和晶粒度分析

文獻(xiàn)[6]詳細(xì)測(cè)定了兩種組織的鋁合金板材的力學(xué)性能，測(cè)定后檢查拉伸樣品的表面有無(wú)橘皮，兩種板材的金相見圖15，力學(xué)性能見表3和表4，表中列出了平行于軋向、垂直于軋向和與軋向成45°的相關(guān)力學(xué)性能。

從表3和表4可以看出，有無(wú)橘皮樣品的力學(xué)性能區(qū)別不明顯，只有r值和均勻延伸率有明顯區(qū)別，這可能是影響橘皮形成和反映橘皮材料特征的因素之一。有橘皮樣品的總延伸率也低于無(wú)橘皮樣品，這和有橘皮樣品的晶粒度較粗是一致的。通常情況下，細(xì)晶粒的鋁合金具有較高的均勻延伸率和總延伸率，r值通常和晶粒大小有關(guān)，更和晶粒的取向有關(guān)[14]。

圖15 鋁合金板材的金相組織Fig.15 Metallographic structure of aluminum alloy sheet

表3 有橘皮與無(wú)橘皮拉伸樣品力學(xué)性能Table 3 The mechanical properties of tension samples with orange peel and non orange peel

表4 有橘皮與無(wú)橘皮板材樣品的n值和r值Table 4 The n value and r value of tension samples with orange peel and non orange peel

從力學(xué)性能和拉伸后的表面形貌可以看出，有橘皮和無(wú)橘皮樣品其顯微組織的主要區(qū)別是晶粒的大小不同，粗晶粒的顯微組織是導(dǎo)致鋁合金板材變形后產(chǎn)生橘皮的主要原因，粗晶和細(xì)晶的變形模式以及粗晶產(chǎn)生的不均勻變形和由此引發(fā)的表面橘皮現(xiàn)象的示意圖見圖16[15]。有關(guān)晶粒度的影響和鋼鐵材料變形后產(chǎn)生橘皮的結(jié)果一致[4，5]。產(chǎn)生橘皮的臨界晶粒大小的預(yù)測(cè)和控制正是筆者繼續(xù)進(jìn)行的工作。如果通過微觀力學(xué)的模擬能對(duì)這方面的工作有所幫助，也是非常有意義的。

圖16 粗晶和細(xì)晶拉伸變形中的響應(yīng)特性圖Fig.16 The diagrammatic presentation of response characteristics in tensile deformation for coarse grain and fine grain

7 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)鋁合金板材拉伸變形時(shí)橘皮的成因進(jìn)行了分析和綜述，對(duì)其研究進(jìn)展總結(jié)如下。

1）橘皮是晶粒和晶界大小變形不同形成的凹凸不平的粗糙表面，其宏觀形貌和橘子皮十分類似。它的存在將影響沖壓件表面的光鮮性和油漆的效果。用表面粗糙度曲線可以明顯區(qū)別有橘皮和無(wú)橘皮試樣的形貌，用輪廓的最大高度和輪廓的最大谷深即可表征橘皮的特征尺寸。

2）掃描電鏡下，拉伸后有橘皮樣品表面滑移帶較寬，不同位向的滑移帶的交匯處有小的微裂紋，而無(wú)橘皮樣品的滑移帶窄，滑移帶交匯處沒有微裂紋，表面平滑。

3）有橘皮樣品的拉伸斷口中，剪切唇寬度較窄，韌窩區(qū)寬，韌窩淺，并有明顯的拉伸變形。無(wú)橘皮樣品的拉伸斷口中剪切唇寬度較大，韌窩區(qū)較窄，韌窩深，且無(wú)明顯拉伸變形，這與兩種樣品的總延伸率和均勻延伸率的不同相一致，即剪切唇寬的樣品具有更高的均勻變形性。

4）納米硬度的一些特征參量可以表明和證明有橘皮試樣和無(wú)橘皮試樣的表面硬化特性和變形的不均勻性，有橘皮試樣的納米硬度、彈性模量均高于無(wú)橘皮試樣，而壓痕的最大深度和塑性深度則小于無(wú)橘皮試樣。

5）新近對(duì)拉伸變形后有無(wú)橘皮樣品的EBSD和X射線晶粒取向測(cè)定的研究結(jié)果表明，有橘皮樣品有明顯的晶粒取向傾向，在拉伸變形過程中晶粒明顯發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，形成明顯的[0 0 1]取向，結(jié)合力學(xué)性能和晶粒大小的研究結(jié)果，有橘皮樣品晶粒較粗或者晶粒大小不均勻，在拉伸變形過程中粗晶粒沿變形方向發(fā)生的轉(zhuǎn)動(dòng)受周圍晶粒的拘束較小，導(dǎo)致晶粒向著有利于變形的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而導(dǎo)致在拉伸變形中繼續(xù)發(fā)生變形并使變形在晶界累積，造成樣品的不均勻變形，形成表面橘皮。而細(xì)晶粒由于在拉伸變形過程中發(fā)生的轉(zhuǎn)動(dòng)受周圍晶粒的限制，所以每個(gè)晶粒的變形易傳遞到相鄰晶粒，使變形難以在晶界發(fā)生累積，即不易發(fā)生表面的不均勻變形，不易產(chǎn)生橘皮。

6）由于現(xiàn)代檢測(cè)手段的進(jìn)展對(duì)橘皮的成因分析已經(jīng)有一些新的結(jié)果，但仍然停留在定性的分析和認(rèn)識(shí)上。進(jìn)一步開展微觀組織模擬并利用現(xiàn)代先進(jìn)的檢測(cè)手段對(duì)橘皮成因和橘皮形貌進(jìn)行定量和半定量描述，逐步由定性認(rèn)識(shí)提升為定量理論，形成預(yù)防和避免橘皮產(chǎn)生的科學(xué)理論基礎(chǔ)。

[1]馬鳴圖，馬露霞.鋁合金在汽車輕量化中的應(yīng)用及其前瞻技術(shù)[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2008（9）：43-50.

[2]馬鳴圖，游江海，路洪洲，等.鋁合金汽車板的性能及其應(yīng)用[J].中國(guó)工程科學(xué)，2010，12（9）：4-20.

[3]Cao Shengquan，Zhang Jinxu，Wu Jiansheng，et al.Analysis of orange peel defect in ST14 steel sheet by electron backscattered diffraction（EBSD）[J].Journal of Materials Science&Technology，2005，21（1）：17-20.

[4]Liu Yinong，Neerushana Jehanathan，Yang Hong，et al.SEM observation of the“orange peel effect”of materials[J].Materials Letters，2001，61（6）：1433-1435.

[5]李 霄，楊 平，林瑞民，等.低碳沖壓鋼板桔皮缺陷的成因[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（5）：589-594.

[6]Ma Mingtu，Mei Huasheng，Lu Hongzhou，et al.Morphology observation for surface orange peel and fracture in tension sample of aluminum-alloy sheet and characterization of nano hardness[J].Engineering Sciences，2012，10（6）：2-6.

[7]Ma Mingtu，Sun Zhifu，Wang Zhiwen，et al.Analysis of surface orange peel of aluminum alloy automobile sheet by using of EBSD and X-ray diffraction[J].Engineering Sciences，2012，10（6）：7-11.

[8]徐祖耀.金屬學(xué)原理[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1964.

[9]上海交通大學(xué)金屬斷口分析編寫組.金屬斷口分析[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1979.

[10]美國(guó)金屬學(xué)會(huì).斷口金相與斷口圖譜[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985.

[11]馮 端，王業(yè)寧，丘第榮.金屬物理（下冊(cè)）[M].北京：科學(xué)出版社，1975.

[12]陳紹楷，李晴宇，苗 壯，等.電子背散射衍射（EBSD）及其在材料研究中的應(yīng)用[J].稀有金屬材料與工程，2006，35（3）：500-504.

[13]張永浩，姚宗勇，黃光杰，等.軋制變形鋁合金微觀組織與織構(gòu)的EBSD研究[J].電子顯微學(xué)報(bào)，2009，28（1）：43-45.

[14]馬鳴圖，吳寶榕.雙相鋼——物理和力學(xué)冶金[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2009.

[15]王賢敏.1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼“桔皮”狀表面形成原因的探討[J].鑄鍛熱——熱處理實(shí)踐，1994（3）：49-51.

Research progress of the cause for orange peel of aluminum alloy sheet during tensile deformation

Ma Mingtu1，Yang Hongya2，Wu Emei2，Jin Qingsheng1
（1.China Automotive Engineering Research Institute Co.Ltd.，Chongqing 400039，China；2.Chongqing New Materials Engineering Center，Chongqing 400039，China）

Researchprogressesofformingcausesfororangepeelduringthetensiledeformation of aluminum alloy sheet are reviewed.This paper first shows the surface morphology of tensile deformation of sheets with orange peel and non orange peel，sliding zone，roughness of surface，tensile fracture morphology and nano hardness measurement results and characterization.Recent research results of electron backscattered diffraction（EBSD）using the forming causes of orange peel and the texture measurement results of orange peel and non orange peel using X-ray are further introduced.According to the mentioned results，microstructure and mechanical properties，the forming causes of orange peel are analyzed further.A series of results show the appearance of orange peel surface after tensile deformation is closely related to the texture and grain orientation caused in tensile deformation.The texture generating is closely related to inhomogeneity deformation of grain.Grain size will significantly affect the inhomogeneity deformation and the formation of texture；coarse grain is easier to cause inhomogeneity deformation，grain rotation and texture than that of fine grain，resulting in surface orange peel forming after tensile deformation.Thus，it introduces a model of surface state of the coarse grain and fine grain after the tensile deformation.It is also suggested that the formation of orange peel should be further researched and analyzed so as to perfect the quantitative description of orange peel formation.

orange peel forming；mechanical property；tension fracture；nano hardness；EBSD；X-ray

U465.2

A

1009-1742（2014）01-0004-10

2013-09-27

國(guó)家支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2011BAG03B05）

馬鳴圖，1942年出生，男，河南蘭考縣人，研究員級(jí)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槠嚥牧系难芯颗c開發(fā)、雙相鋼、微合金鋼等；E-mail：mingtuma@126.com