冷變形及退火對(duì)薄板5182鋁合金微觀組織與力學(xué)性能的影響

吳建新，高 崇

（1.中鋁瑞閩股份公司質(zhì)量技術(shù)部，福建 福州 350015；2. 中鋁科學(xué)技術(shù)研究院鋁合金材料研究所，北京 102209）

5182鋁合金屬于不可熱處理強(qiáng)化的Al-Mg系合金，鋁鎂合金具有良好的抗蝕性和可焊性能[1]。5182鋁合金由于中等強(qiáng)度、良好的散熱性和成型性能，被廣泛應(yīng)用于轎車的各類殼體，如側(cè)護(hù)板、車門內(nèi)襯板、隔熱罩等。由于5182鋁合金板材具有中等強(qiáng)度、良好的耐蝕性和焊接性能，一直是人們研究的熱點(diǎn)，目前關(guān)于5182合金的研究主要集中于合金元素優(yōu)化、焊接性能、耐蝕性能、塑性變形機(jī)制等方面，對(duì)于工業(yè)化條件下軋制工藝過程控制對(duì)合金組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律研究較少。

本文研究了冷軋過程中不同的冷變形及退火工藝對(duì)0.5mm薄板5182鋁合金的晶粒組織、拉伸性能與各向異性能的影響規(guī)律，為薄板5182鋁合金生產(chǎn)工藝的制定、顯微組織的調(diào)控、拉伸性能及各向異性能的改善提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料及方法

本試驗(yàn)選用材料是中鋁瑞閩公司生產(chǎn)的薄板5182鋁合金，其化學(xué)成分如表1所示。5182鋁合金經(jīng)過半連續(xù)鑄造，按照標(biāo)準(zhǔn)要求將鑄錠去掉頭尾后，采用單級(jí)均熱處理（500℃×4h），熱軋到6.0mm厚度，然后分別進(jìn)行不同程度的冷變形和不同溫度的中間退火工藝（360℃×2h），再進(jìn)行不同溫度的穩(wěn)定化退火處理（300℃～380℃/2h）。具體工藝與試樣編號(hào)，如表2所示。

薄板5182鋁合金的金相試樣采用陽極覆膜，陽極覆膜劑為38ml H2SO4+43ml H2PO3+19ml H2O混合液，使用Leica DFC295光學(xué)顯微鏡觀察試樣的微觀組織，采用Image Pro-Plus軟件統(tǒng)計(jì)觀察區(qū)域內(nèi)150～200個(gè)晶粒的尺寸分布，并計(jì)算平均值。不同冷變形及退火工藝處理的薄板5182鋁合金的拉伸試樣是沿著軋制方向(Rolling direction,RD)截取，各向異性性能是沿著軋制方向和垂直于軋制方向(Transverse direction,TD)截取的。拉伸試驗(yàn)在室溫條件下，按照GB/T 228.1-2010在Instron-8801拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，拉伸速度為2mm/min，記錄抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率。

表1 5182鋁合金的化學(xué)成分

表2 5182鋁合金的軋制工藝

2 結(jié)果與討論

2.1 微觀組織分析

圖1 不同冷變形量和退火時(shí)間的5182薄板表面和橫截面的微觀組織:(a)300℃×2h-30%;(b)300℃×2h-50%;(c)300℃×4h-30%;(d)300℃×4h-50%

圖2 不同冷變形量5182薄板表面和橫截面的微觀組織:(a)30%;(b)50%;(c)60%;(d)92%

圖1不同冷變形量和退火時(shí)間的5182薄板表面和橫截面的微觀組織。由圖1a和圖1b可以看到，在退火工藝為300℃×2h條件下，5182鋁合金的微觀組織發(fā)生未完全再結(jié)晶，冷變形量由30%提高到50%，再結(jié)晶程度有所增加；由圖1c和圖1d可以看到，在退火溫度300℃條件下，延長(zhǎng)退火保溫時(shí)間到4h，冷變形量為30%和50%的薄板5182鋁合金的再結(jié)晶程度均有所增加。

圖2是在退火工藝為340℃×2h條件下，不同冷變形量的5182薄板表面和橫截面的微觀組織。由圖2a可以看到，冷變形量為30%的5182鋁合金晶粒發(fā)生異常長(zhǎng)大，尺寸為31.8μm；由圖2b、圖2c和圖2d可以看到，冷變形量為50%、60%和92%的5182鋁合金晶粒尺寸逐漸減小，分別為16.1μm、14.2μm和9.4μm?？梢?，5182鋁合金在退火工藝為340℃×2h條件下發(fā)生完全再結(jié)晶，晶粒尺寸隨著冷變形量的增加逐漸減小。

2.2 冷變形量和退火溫度對(duì)薄板5182拉伸性能的影響

圖3是不同冷變形量及退火溫度(保溫2h)處理5182薄板的拉伸性能。

由圖3a和圖3b可以看到，隨著退火溫度由300℃增加到380℃，不同冷變形量5182試樣的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度逐漸降低，其中冷變形量為17%和30%時(shí)，5182試樣的拉伸強(qiáng)度顯著降低（?σ17%=54 Mpa和?σ30%=47 MPa）；冷變形量為50%、60%和92%時(shí)，5182試樣的拉伸強(qiáng)度略有降低（?σ50%=18 Mpa、?σ60%=9 Mpa和?σ30%=6 MPa）。

由圖3c可以看到，延伸率變化趨勢(shì)與拉伸性能剛好相反，冷變形量為17%和30%時(shí)，5182試樣的延伸率顯著增加；冷變形量為50%、60%和92%時(shí)，5182試樣的拉伸強(qiáng)度略有提高。

拉伸性能波動(dòng)主要是由于在較低溫度(300℃)退火時(shí)，5182鋁合金的微觀組織發(fā)生未完全再結(jié)晶，增大冷變形量，再結(jié)晶程度增加。當(dāng)退火溫度提高后，5182鋁合金的微觀組織發(fā)生完全再結(jié)，并且隨著冷變形量的增加，微觀組織由異常長(zhǎng)大的晶粒逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的再結(jié)晶組織，合金的拉伸性能得到強(qiáng)化。

2.3 冷變形量和退火時(shí)間對(duì)薄板5182拉伸性能的影響

圖4是不同冷變形量及退火保溫時(shí)間處理5182薄板的拉伸性能。

由圖4a和圖4b可以看到，當(dāng)退火溫度為300℃，保溫時(shí)間由2h增加到4h時(shí)，拉伸強(qiáng)度隨著冷變形量的增加逐漸降低，其中冷變形量為17%和30%的5182試樣的拉伸強(qiáng)度較高；冷變形量為50%、60%和92%的5182試樣的拉伸強(qiáng)度較低。延伸率隨著冷變形量的增加逐漸升高。

由圖4c和圖4d可以看到，與退火溫度為300℃的5182試樣相比，當(dāng)退火溫度為340℃，拉伸強(qiáng)度降低，延伸率增加；保溫時(shí)間由2h增加到4h時(shí)，隨著冷變形量的增加，抗拉強(qiáng)度和延伸率基本保持不變，屈服強(qiáng)度略有增大。這主要是因?yàn)樵谕嘶饻囟葹?00℃時(shí)，延長(zhǎng)退火保溫時(shí)間，5182鋁合金的再結(jié)晶程度均有所增加，導(dǎo)致合金強(qiáng)度有所降低，塑性增加。

3 結(jié)論

經(jīng)不同的冷變形及退火工藝處理的0.5mm薄板5182鋁合金，對(duì)比分析了其晶粒組織、拉伸性能與各向異性能，得到如下結(jié)論：

圖3 不同冷變形量及退火溫度處理5182薄板的拉伸性能：(a)抗拉強(qiáng)度;(b)屈服強(qiáng)度;(c)延伸率

圖4 不同冷變形量及退火保溫時(shí)間處理5182薄板的拉伸性能:(a)300℃×2h;(b)300℃×4h;(c)340℃×2h;(d)340℃×4h

（1）冷變形量的增加有助于提高5182薄板鋁合金晶粒的再結(jié)晶程度和細(xì)化程度。但當(dāng)冷變形量為30%時(shí)，再結(jié)晶晶粒發(fā)生異常長(zhǎng)大，使合金的力學(xué)性能降低；冷變形量大于50%后，再結(jié)晶晶粒尺寸細(xì)小，分布均勻。

（2）較低的退火溫度使5182鋁合金的微觀組織發(fā)生部分再結(jié)晶，延長(zhǎng)到退火保溫時(shí)間，有助于提高合金再結(jié)晶程度；退火溫度大于320℃使合金發(fā)生完全再結(jié)晶。退火后5182鋁合金的各向異性性能均低于5%。