預(yù)拉伸對(duì)2A12合金板材粗晶的影響

李 霜，溫慶紅，馮 旺，程思?jí)?，林順巖

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶401326）

0 前言

2A12 合金屬Al-Cu-Mg 系可熱處理強(qiáng)化鋁合金，經(jīng)固溶處理、自然時(shí)效或人工時(shí)效后具有較高的強(qiáng)度[1-2]。此外，該合金還具有良好的成型性能和機(jī)械加工性能等優(yōu)點(diǎn)[3]。2A12合金由于密度小、強(qiáng)度高、無(wú)磁性及低溫性能好等優(yōu)良的綜合性能，且有利于結(jié)構(gòu)件的輕量化，因而被廣泛應(yīng)用于日常生活制品和航空、航天、艦船制造等領(lǐng)域，用于制成各類(lèi)承受高載荷的零件和結(jié)構(gòu)件，例如飛機(jī)的骨架、蒙皮、零件鉚釘?shù)攘闩浼4-6]。

然而在實(shí)際應(yīng)用中，用戶(hù)發(fā)現(xiàn)在對(duì)2A12 合金板材進(jìn)行后期加工時(shí)常出現(xiàn)大量的橘皮現(xiàn)象。尤其是在進(jìn)行化銑表面處理后，發(fā)現(xiàn)板材整面存在晶粒粗大的問(wèn)題，嚴(yán)重影響了2A12 合金板材的進(jìn)一步使用，本文針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了探索。

1 試驗(yàn)方法

某廠生產(chǎn)的2A12-O 態(tài)合金板材在經(jīng)預(yù)拉伸、淬火、拉形校正、放置4 d、測(cè)電導(dǎo)率、鉆孔及化銑后，在其化銑面發(fā)現(xiàn)粗大晶粒。對(duì)此，我們采用體視鏡、光學(xué)電子顯微鏡等儀器對(duì)典型樣品進(jìn)行了宏觀形貌觀察和顯微組織檢測(cè)和分析，以便找出產(chǎn)生粗大晶粒的原因。

為了弄清粗晶性能的機(jī)理，進(jìn)行了2A12 合金板材取樣驗(yàn)證。選取11 個(gè)試樣進(jìn)行不同預(yù)拉伸工藝試驗(yàn)，探究在預(yù)拉伸量為0%～10%下拉伸變形量與板材缺陷產(chǎn)生的關(guān)系。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 預(yù)拉伸對(duì)宏觀組織的影響

對(duì)所選11 個(gè)典型樣品進(jìn)行宏觀形貌觀察，其結(jié)果見(jiàn)圖1，預(yù)拉伸工藝及板材晶粒度結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果表明：拉伸率≤5%時(shí)晶粒組織無(wú)明顯變化；拉伸率為6%時(shí)晶粒開(kāi)始長(zhǎng)大；拉伸率為7%～9%時(shí)晶粒整體長(zhǎng)大并保持穩(wěn)定；拉伸率達(dá)10%時(shí)晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大。金屬在塑性變形時(shí)其晶粒發(fā)生滑移，出現(xiàn)位錯(cuò)的纏結(jié)，使晶粒拉長(zhǎng)及破碎，金屬內(nèi)部產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，故更易使晶粒長(zhǎng)大。

圖1 宏觀形貌

表1 不同預(yù)拉伸工藝處理后晶粒度

2.2 預(yù)拉伸對(duì)顯微組織的影響

圖2為試驗(yàn)樣品顯微晶粒組織形貌。板材包鋁層厚度約為200 μm，樣品芯材晶粒組織較為粗大。當(dāng)拉伸量小于4%時(shí)，2A12鋁合金基材晶粒度為1 級(jí)；拉伸量為5%時(shí)，基材晶粒開(kāi)始長(zhǎng)大，基材最大晶粒度可達(dá)4 級(jí)；拉伸量大于5%時(shí)，基材晶粒明顯粗大，在后續(xù)的化銑過(guò)程中肉眼可見(jiàn)。

在軋制加工變形過(guò)程中，2A12 合金晶格將發(fā)生歪扭，產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而使軋制后的組織形貌呈現(xiàn)纖維狀，板材心部變形量最小，故該處的晶粒組織較為粗大。通過(guò)成因分析得出結(jié)論：形成2A12 合金板材粗大晶粒主要是預(yù)拉伸變形量過(guò)大所致。在預(yù)拉伸時(shí)，合金材料晶格發(fā)生變化并形成了變形儲(chǔ)能，在后續(xù)熱處理過(guò)程中，使其更容易發(fā)生晶粒長(zhǎng)大。當(dāng)預(yù)拉伸量較大時(shí)，其變形儲(chǔ)能較大，經(jīng)后續(xù)熱處理后，晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象更為明顯，更易形成粗大晶粒。綜上所述，此類(lèi)合金板材在后續(xù)處理過(guò)程中應(yīng)選擇合適的預(yù)拉伸變形量，才能使其性能合格，提高成品率。

圖2 不同預(yù)拉伸率下的典型晶粒組織形貌

3 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)原始板材進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)可知，2A12 合金板材在經(jīng)過(guò)后續(xù)處理后形成的粗大晶粒是因板材預(yù)拉伸時(shí)變形量偏大而產(chǎn)生的。

（2）拉伸量≤4%時(shí)包鋁層晶粒組織無(wú)明顯變化，低倍晶粒為1 級(jí)；拉伸量為5%時(shí)個(gè)別晶粒開(kāi)始長(zhǎng)大；拉伸量為6%時(shí)產(chǎn)生了少量3 級(jí)晶粒；拉伸量為7%～10%時(shí)低倍晶粒度穩(wěn)定在3～4級(jí)。

（3）無(wú)拉伸板材心部約1/3厚度處的晶粒比表層晶粒大，拉伸在1%～4%范圍內(nèi)遞增時(shí)，表層晶粒逐漸長(zhǎng)大到與心部晶粒相當(dāng)?shù)某叽?；?dāng)拉伸達(dá)5%時(shí)，晶粒已比較均勻；拉伸5%～10%時(shí)，芯材晶粒組織無(wú)明顯變化。

（4）在后續(xù)處理過(guò)程中，此類(lèi)合金板材的預(yù)拉伸量過(guò)大將產(chǎn)生晶粒粗大等問(wèn)題，故應(yīng)選擇合適的預(yù)拉伸變形量。