5083P-O鋁合金板材高低溫性能研究

孫曉紅，張世欣，馬立勇，郭周鵬，王建陽，李博文

摘 要：文章以5083P-O鋁合金板材為研究對(duì)象，采用高低溫環(huán)境箱在-80 ℃～100 ℃溫度條件下進(jìn)行高低溫拉伸試驗(yàn)，采用高溫爐在200 ℃～500 ℃下進(jìn)行試驗(yàn)。最終得出5083P-O鋁合金板材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度隨著溫度的升高而降低，延伸率隨溫度的升高而增加，100℃之前抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度幾乎無變化，200 ℃后才產(chǎn)生明顯的降低，對(duì)溫度的敏感性較高。

關(guān)鍵詞：5083P-O;鋁合金;高低溫;力學(xué)性能

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目;項(xiàng)目編號(hào)：51374241。2018河北省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究青年基金項(xiàng)目;項(xiàng)目編號(hào)：QN2018013。2018年度張家口市科技計(jì)劃財(cái)政資助項(xiàng)目;項(xiàng)目編號(hào)：1811009B-10。2018年度張家口市科技計(jì)劃財(cái)政資助項(xiàng)目;項(xiàng)目編號(hào)：1811009B-12。2019年度張家口市科技計(jì)劃財(cái)政資助項(xiàng)目;項(xiàng)目名稱：高速/超高速發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁管多場(chǎng)耦合微成形制造工藝研究。河北省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目;項(xiàng)目編號(hào)：201810084004。河北省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目;項(xiàng)目編號(hào)：201810084011。河北建筑工程學(xué)院教師發(fā)展專項(xiàng);項(xiàng)目編號(hào)：2018SJ1002。河北建筑工程學(xué)院教學(xué)改革研究項(xiàng)目;項(xiàng)目編號(hào)：2018JY0005。

作者簡(jiǎn)介：孫曉紅（1987— ），男，山東煙臺(tái)人，工程師，碩士;研究方向：金屬材料力學(xué)行為。

*通信作者：馬立勇（1987— ），男，河北張家口人，講師，碩士;研究方向：鋁合金板帶軋制、鋁合金材料力學(xué)行為。

1 5083P-O鋁合金板材

5083P-O鋁合金板材為中等強(qiáng)度鋁合金，具有優(yōu)良的耐蝕性能、可焊接性能、加工性能、低溫性能和不可熱處理強(qiáng)化性能，被廣泛應(yīng)用于軌道車輛、建筑等領(lǐng)域，在軌道車輛司機(jī)室蒙皮、建筑桁架等部件多有應(yīng)用[1-2]。5083P-O鋁合金部件通過焊接而成，軌道列車在不同地域環(huán)境下的服役溫度復(fù)雜多變，建筑桁架經(jīng)歷不同季節(jié)、溫度的晝夜變化都直接影響該合金的服役性能[3-4]，研究5083P-O鋁合金板材的高低溫性能，可根據(jù)材料不同溫度下性能進(jìn)行部件設(shè)計(jì)，繼而提高部件運(yùn)行安全性和可靠性。

2 高低溫拉伸試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)材料

高低溫拉伸試驗(yàn)材料為國(guó)內(nèi)某鋁業(yè)公司提供的5083P-O鋁合金板材，利用萬能材料試驗(yàn)機(jī)、高低溫環(huán)境箱和高溫爐。按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T13239—2006《金屬材料 低溫拉伸試驗(yàn)方法》和GB/T228.2—2015《金屬材料 拉伸試驗(yàn) 第二部分：高溫試驗(yàn)方法》進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。試樣尺寸設(shè)計(jì)按照上述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，平行段長(zhǎng)度為60 mm，過渡圓弧半徑為25 mm;縱向試樣尺寸為200×40×4 mm，其化學(xué)成分如表1所示。

2.2 試驗(yàn)過程

按照上述試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)5083P-O鋁合金板材試樣劃標(biāo)距為50 mm，設(shè)定環(huán)境箱和高溫爐，對(duì)試樣進(jìn)行加熱和制冷，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度時(shí)保溫15 min，采用應(yīng)變速率控制，移除引伸計(jì)前加載速率為0.004 ℃/min，移除引伸計(jì)后加載速率為0.04 ℃/min，最終試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，5083P-O鋁合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度隨溫度變化趨勢(shì)相同，呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，延伸率呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。即在100 ℃之前，隨著溫度的升高，強(qiáng)度總體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，25 ℃下抗拉強(qiáng)度與﹣80 ℃下抗拉強(qiáng)度相比，強(qiáng)度降低4.2%，200 ℃之后，強(qiáng)度下降明顯，到達(dá)500 ℃時(shí)，強(qiáng)度下降了93.6%;延伸率總體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，500 ℃下延伸率是﹣80 ℃下延伸率的3.68倍，300 ℃后5083P-O鋁合金延伸率增加明顯。

3 斷口形貌分析

為了分析5083P-O鋁合金試樣不同溫度下的斷裂過程，對(duì)-80 ℃，300 ℃，400 ℃和500 ℃下拉伸斷口進(jìn)行SEM微觀組織掃描分析。不同溫度下5083P-O鋁合金斷裂試樣微觀形貌如圖2所示，其中，（a）為﹣80 ℃，（b）為300 ℃，（c）為400 ℃，（d）為500 ℃。

從微觀組織圖中可以看出，5083P-O鋁合金板材在低溫下韌窩大而深，并伴隨許多撕裂嶺，說明其塑性較好，因其為不可熱處理鋁合金，所以韌窩中基本沒有析出相組織。在300 ℃以下斷口呈現(xiàn)韌窩狀斷口，當(dāng)溫度升高至400 ℃以上時(shí)，韌窩減少，材料出現(xiàn)明顯的軟化，斷口呈現(xiàn)熔融特征，故溫度超過300 ℃之后，材料的塑性增加明顯，進(jìn)一步證明了隨著溫度的升高，呈現(xiàn)出材料的強(qiáng)度降低、塑性性能升高的規(guī)律。

4 結(jié)語

（1）5083P-O鋁合金板材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度總體上隨著溫度的升高而降低，延伸率隨溫度的升高而增加。

（2）5083P-O鋁合金100 ℃之前抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度幾乎無變化，200 ℃后才產(chǎn)生明顯的降低，對(duì)溫度的敏感性較高。

（3）5083P-O鋁合金200℃之前延伸率增加不明顯，300 ℃后材料呈現(xiàn)熔融特征，延伸率迅速增加。

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Research on high and low temperature properties of aluminum alloy sheet of 5083P-O

Sun Xiaohong1， Zhang Shixin1， Ma Liyong2*， Guo Zhoupeng2， Wang Jianyang2， Li Bowen2

（1.CRRC Qingdao Sifang Co.， Ltd.， Qingdao 266111， China;2. Hebei University of Architecture， Zhangjiakou 075000， China）

Abstract：This paper study on the tensile test of 5083 P-O aluminum alloy plates was done at -80 ℃ to 100 ℃ by using the environment tool， meanwhile， the tensile test at 200 to 500 ℃ was conducted by using the furnace. It can be concluded that the tensile strength and the yield strength decrease with the increasing temperature， while the elongation increases at the same condition. The tensile strength and the yield strength almost maintain the same level at the temperature lower than 100 ℃， the strength began to decrease significantly higher than 200 ℃， and 5083 P-O aluminum alloy plates was sensitive to temperature.

Key words：5083P-O; aluminum alloy; high and low temperature; mechanical performance