中間退火工藝對(duì)AA5052鋁合金板成形性能的影響

盧廣璽，周　崇，關(guān)紹康，辛瀟洋

(鄭州大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州450001)

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中間退火工藝對(duì)AA5052鋁合金板成形性能的影響

盧廣璽，周崇，關(guān)紹康，辛瀟洋

(鄭州大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州450001)

摘要：采用組織分析和性能檢測(cè)手段，研究了不同中間退火工藝對(duì)采用高通量連鑄連軋技術(shù)生產(chǎn)的AA5052-H32成品板折彎及成形性能的影響.結(jié)果表明：優(yōu)化中間退火工藝可有效提升成品板材的成形性能，在經(jīng)480 ℃×8 h的中間退火后，成品板材折彎性能最好，成形性能得到改善；高溫中間退火后，部分第二相顆粒在高溫均勻化的作用下回溶，對(duì)基體的割裂作用降低，成形性能得以改善.

關(guān)鍵詞：高通量連鑄連軋；AA5052；中間退火制度；成形性能；折彎性能

0引言

由于AA5052鋁合金具有良好的加工成形性能和中等靜態(tài)強(qiáng)度，是鋁合金板材集裝箱的主要原材料[1].此外，AA5052鋁合金還用于飛機(jī)油箱、儀表、百葉窗類建筑裝飾材料及電視機(jī)外殼沖制材料等[2].AA5052鋁合金屬于不可熱處理強(qiáng)化鋁合金.目前，高流速、短流程、節(jié)能環(huán)保的高通量連鑄連軋工藝已經(jīng)可以生產(chǎn)AA5052鋁合金[3]，但該工藝生產(chǎn)的AA5052-H32板材成形性能尚有不足，因此，通過研究熱處理工藝來提高板材成品成形性能具有重大意義.

筆者主要研究中間退火工藝對(duì)高通量連鑄連軋AA5052鋁合金板材折彎及成形性能的影響，制定連鑄連軋AA5052鋁合金冷軋退火工藝，利用中間退火處理控制其成品顯微組織、改善成形性能提供依據(jù).

1試驗(yàn)材料和方法

1.1試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)采用厚度為19 mm的高通量連鑄連軋AA5052鋁合金鑄坯及厚度為4.5 mm的AA5052熱軋板坯進(jìn)行試驗(yàn)，合金各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表1.

表1　AA5052鋁合金的化學(xué)成分

1.2試驗(yàn)方案

冷軋方案的確定：4.5 mm坯料—多道次冷軋至1.3 mm—中間退火—精軋至1.1 mm—穩(wěn)定化退火[4].

企業(yè)原中間退火工藝為：350 ℃×2 h，將其改變?yōu)?60 ℃ × 8 h、480 ℃×8 h、500 ℃×8 h、520 ℃×8 h均勻化退火工藝[5].

2試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1AA5052鋁合金鑄坯顯微組織分析

圖1所示為高通量連鑄連軋工藝生產(chǎn)的AA5052鋁合金19 mm厚鑄坯固溶物分布情況.在鑄坯上下表層處固溶物均勻分布在基體上，這種化合物質(zhì)點(diǎn)彌散、細(xì)小(如圖1(a)、(c)所示)；在鑄坯中部這種化合物質(zhì)點(diǎn)變得粗大，數(shù)量減少，分布不均勻，更傾向于在晶界聚集，同時(shí)在此區(qū)域存在疏松、孔隙等鑄造缺陷(如圖1(b)所示).

與傳統(tǒng)的熱軋開坯生產(chǎn)高性能鋁合金的方法相比，高通量連鑄連軋技術(shù)具有流程短、效率高、冷卻速度快的工藝特點(diǎn)，并且省去了高溫均勻化過程，而AA5052鋁合金結(jié)晶區(qū)較寬，合金元素熔點(diǎn)不一，在凝固過程中先凝固的熔體會(huì)形成部分枝晶網(wǎng)格骨架，后凝固的低熔點(diǎn)組分容易富集并填充在前期的網(wǎng)格骨架中，最后緩慢冷卻至中部，造成鑄板坯沿厚度方向成分不均勻，形成偏析[6-7].

對(duì)19 mm厚鑄板坯中間偏析物進(jìn)行能譜線掃描分析，其結(jié)果如圖2.在正常區(qū)域圖2(a)處，各元素含量峰形一致，而在中間偏析物區(qū)圖2(b)處，F(xiàn)e、Si、O元素峰形變化趨勢(shì)與基體Al元素相反，且在此處富集.這說明，在此中間偏析處Fe、Si、O元素偏析嚴(yán)重.

圖1　AA5052鋁合金鑄坯顯微組織

圖2　鑄坯中間偏析物的線掃描圖

綜上所述，高通量連鑄連軋工藝的鑄造速度較快，且AA5052鋁合金固液兩相區(qū)較長(zhǎng)，共同影響了該工藝下AA5052合金的凝固過程，致使鑄板坯沿厚度方向上成分不均勻，出現(xiàn)中心層偏析[8-9]；而連鑄連軋的生產(chǎn)工藝省去了預(yù)熱均勻化等工序，不能夠消除鑄板坯中的成分不均勻及組織偏析情況，中間層偏析物會(huì)隨著軋制的進(jìn)行“遺傳”到成品板材中，造成成品板材折彎性能不穩(wěn)定的現(xiàn)象.為改善成品板的成形性能，在后續(xù)的中間退火工藝中，通過提高退火溫度，延長(zhǎng)退火時(shí)間，可消除板材中的部分偏析.

2.2AA5052-H32板材成形性能優(yōu)化及結(jié)果分析

參照1.2確定的冷軋方案及中間退火制度加工AA5052-H32板材，并對(duì)這批板材進(jìn)行成形性能檢測(cè)，結(jié)果如下.

2.2.1折彎性能及杯突值

參照《鋁合金產(chǎn)品折彎性能檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行試驗(yàn)，且對(duì)折彎性能進(jìn)行評(píng)級(jí)，折彎性能按一、二、三、四、五級(jí)劃分，其中一級(jí)最好，二、三級(jí)為合格.杯突試驗(yàn)值IE可作為材料的脹形成形性能指標(biāo)，若IE值大，脹形性能好.實(shí)驗(yàn)中，折彎平行試樣不少于5個(gè)，杯突平行試樣不少于3個(gè)，最后取平均值計(jì)算.表2為不同中間退火工藝對(duì)AA5052-H32成品的折彎級(jí)別和杯突值的影響.

表2　AA5052-H32成品的折彎性能和杯突值對(duì)比

由表2可以看出，隨著中間退火溫度的提高，成品板材折彎性能有所改善.但是中間退火溫度過高時(shí)，折彎性能又有所下降.采用480 ℃ × 8 h的中間退火方案后成品折彎性能最好，達(dá)到一級(jí)，表面無皺紋.不同中間退火工藝對(duì)杯突試驗(yàn)值的影響與對(duì)折彎性能的影響一致， 480 ℃×8 h時(shí)，AA5052-H32成品杯突值達(dá)到最大，為6.48.這說明中間退火制度為480 ℃×8 h時(shí)，AA5052-H32成品板的沖壓脹形性能最好，此時(shí)在整個(gè)變形區(qū)域上應(yīng)變分布的均勻性較好且抵抗沖壓的能力較強(qiáng).

2.2.2成形性能

對(duì)不同中間退火制度下的AA5052-H32成品進(jìn)行成形性能測(cè)試，結(jié)果如圖3所示.

應(yīng)變硬化指數(shù)n值的物理含義是材料均勻變形的能力，塑性應(yīng)變比r值是評(píng)價(jià)金屬薄板深沖性能的重要參數(shù)[10]，對(duì)比不同中間退火工藝下的成品n值、r值(圖3)得知，480 ℃×8 h時(shí)，AA5052-H32成品n值、r值達(dá)到最大，分別為0.289、0.694.這是因?yàn)?，隨著中間退火溫度升高，其深沖性能得以改善，但隨著中間退火溫度的進(jìn)一步升高，晶粒尺寸隨之長(zhǎng)大，影響了其深沖性能.

圖3　不同中間退火工藝下的成品成形性能

2.2.3顯微組織分析

選取優(yōu)化中間退火制度前后的試樣進(jìn)行顯微組織分析，得出結(jié)果如圖4所示.

圖4　AA5052-H32成品板第二相分布

分析可知，采用350 ℃ × 2 h的原中間退火后，第二相顆粒較密集，沿軋向均勻分布，如圖4(a)；采用480 ℃ × 8 h的中間退火工藝優(yōu)化后，成品第二相顆粒數(shù)目減少，顆粒尺寸變小，如圖5(b).這是由于經(jīng)高溫中間退火后，部分第二相顆粒在高溫均勻化的作用下有所溶解，對(duì)基體的割裂作用降低，故折彎及成形性能有所改善[11].

3結(jié)論

(1)高通量連鑄連軋工藝下鑄造速度較快，且AA5052鋁合金固液兩相區(qū)較長(zhǎng)，共同影響了合金的凝固過程，致使鑄板坯沿厚度方向上成分不均勻，出現(xiàn)中心層偏析，影響了AA5052合金的成形性能；

(2)采用480 ℃×8 h的中間退火方案，可使AA5052-H32成品折彎性能最好，成形性能均得到優(yōu)化；

(3)經(jīng)高溫中間退火后，部分第二相顆粒在高溫均勻化的作用下有所溶解，對(duì)基體的割裂作用降低，故折彎及成形性能有所改善.

參考文獻(xiàn)：

[1]王祝堂,任柏峰,周濤. 中國鋁板帶箔加工設(shè)備現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J]. 上海有色金屬, 2004, 25(3): 128-132.

[2]潘復(fù)生,張丁非. 鋁合金及應(yīng)用[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2006.

[3]蔡輝. 5052鋁合金材料研究進(jìn)展[J]. 鋁加工, 2011, 203(6): 33-39.

[4]王宇星. 連鑄連軋5052 H32板材的工藝研究[J]. 鑄造技術(shù), 2013, 34(11): 1548-1550.

[5]馬運(yùn)安,孫恒杰. 改善5052合金軟狀態(tài)板材深沖性能的工藝革新[J]. 輕合金加工技術(shù), 2005, 33(7): 25-26.

[6]FORBORD B, ANDERSSON B, INGVALDSEN F, et al. The formation of surface segregates during twin roll casting of aluminum alloy[J]. Materials science and engineering, 2006(415): 12-20.

[7]SLAMOVA M, KARHK M, ROBERT F. Differences in microstructure and texture of Al-Mg Sheets produced by twin-roll continuous casting and by direct-chill casting[J]. Materials characterization, 2003(49): 231-240.

[8]賈伴江,陳邦峰. 顯微共晶偏析對(duì)ZL205A合金力學(xué)性能的影響[J]. 材料工程, 2008(2): 1-4.

[9]趙婧婧. 5052鋁合金微合金化及均勻化退火工藝研究[D]. 重慶：重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院, 2014.

[10]杜坤. 5052鋁合金冷軋薄板室溫拉深成形回彈研究[D]. 鞍山：遼寧科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院, 2014.

[11] 易成,關(guān)紹康,盧廣璽,等. 退火工藝對(duì)鑄軋5052鋁合金組織和性能的影響[J]. 材料熱處理學(xué)報(bào), 2011, 32(4): 52-57.

Influence of Intermediate Annealing on Bending Performance of AA5052 Aluminum Alloy Sheet

LU Guangxi, ZHOU Chong, GUAN Shaokang, XIN Xiaoyang

(College of Materials Science and Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China)

Abstract:The influence of different intermediate annealing processes on bending and forming performance of AA5052 - H32 sheet by high-throughput continuous casting and rolling was investigated by texture analysis and performance testing. The results show that: the optimized intermediate annealing process can effectively improve the formability of final products. By annealing at 480℃ for 8 h, the bending performance of final plate reaches the best, forming performance is also improved. Intermediate annealing at high temperature can dissolve part of the second phase by the effect of high temperature homogenization, and improve the formability of sheet.

Key words:high-throughput continuous casting and rolling; AA5052; intermediate annealing process; forming performance; bending performance

中圖分類號(hào)：TG166.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi:10.3969/j.issn.1671-6833.201506023

作者簡(jiǎn)介：盧廣璽(1966—)男，河南長(zhǎng)垣人，鄭州大學(xué)副教授，主要從事新型鋁合金加工、焊接方面的研究，E-mail：lugxi@zzu.edu.cn.

基金項(xiàng)目：河南省重大科技專項(xiàng)資助項(xiàng)目(111100310500)

收稿日期:2015-06-11；

修訂日期：2015-08-28

文章編號(hào):1671-6833(2016)02-0046-04

引用本文：盧廣璽，周崇，關(guān)紹康，等.中間退火工藝對(duì)AA5052鋁合金板成形性能的影響[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2016,37(2):46-49.