不同退火工艺对5754铝合金板材组织与性能的影响

1、不同退火工艺对5754铝合金板材组织与性能的影响张国伟（广西机电职业技术学院，广西南宁530007）摘要：由于目前国内对不同热处理状态5754铝合金冷轧板材的研究及其相关技术资料缺乏，通过在不同退火温度及保温时间的条件下，对不同冷变形量5754铝合金冷轧板的微观组织与拉伸性能进行了试验研究，探讨板材微观组织、性能与冷加工率和退火工艺的内在关系。结果表明，当冷加T率大于50%时，板材性能对退火温度非常敏感，再结晶温度区间很窄，在100C之内。关键词：5754铝合金；冷轧板；热处理；拉伸中图分类号：TC166.3文章编号：1007 -7235（2016）02 - 00

2、32 - 05 5754铝合金是5×××系铝合金中的典型合金，具有中等强度、良好的焊接性、耐腐蚀性以及优异的加工成形性能。目前不同热处理状态的5754铝合金板材广泛应用于汽车制造业、制罐工业、高铁等行业，也是未来海洋工程海水淡化装置结构件的潜在主要材料之一。当前国内对不同热处理状态的5754铝合金冷轧板的研究及相关技术资料缺乏。因此，本试验研究不同冷加工率以及退火工艺对5754铝合金冷轧板微观组织与性能的影响，以期对现有工艺进行优化，完善5754铝合金退火板材的技术资料，提高国产5754铝合金冷轧板的生产技术水平，拓宽该合金板材的应用

3、领域。1  试验材料及方法1.1试验材料 Al-Mg合金属于不可热处理强化铝合金，主要靠加工硬化和晶界强化获得高强度，辅助强化机制为固溶强化、过剩相强化、弥散相强化等。冷轧板材的加工硬化主要为冷变形以及冷变形后部分退火而不同程度的获得，而晶界强化主要是铸锭细化晶粒的遗传性以及冷加工晶粒的破碎提高晶界表面积及位错密度，从而提高板材的强度。5754铝合金中，Mg是主要的合金化元素，有一定的固溶强化作用，但强化效果低。合金化元素Mg使该合金的加工敏感性显著提高，容易获得较为明显的加工应变强化。M n、Cr起补充强化作用，提高5754铝合金再结晶温度，便于改善板

4、材热处理工艺与微观组织的控制。 本试验选择520 mm xl 620 mm规格结晶器、采用直接水冷半连续铸造法生产的5754铝合金铸锭，其化学成分见表1。  1.2试样制备与退火处理工艺 板材试验生产工艺流程为：铸锭均匀化锯 切铣面预加热热粗轧热精轧冷轧成品退火性能检测。选用直接水冷半连续铸造法520 mm x1620 mm规格结晶器生产的5754铝合金铸锭，经均匀化、锯切、铣面后，经5100C +100C保温4h8 h预加热，然后热粗轧至22 

5、mm厚，再转入热精轧至6.0 mm，终轧温度控制在3100C340。然后转入冷轧，分别按照50%、67%和80%的冷加工率冷轧至3.0 mm，2.0 mm和1.2 mm三种不同厚度的带卷，从这三种厚度的卷材切取试验用料，进行成品退火试验，其退火温度为1200C390，保温时间为1 h2 h。  1.3性能和金相组织测试 经过不同退火工艺处理的样品，按照国家标准  GB/T 228.1  - 2010金属材料拉伸试验第1部分：室温拉伸试验在Z100

6、电子万能试验机上进行室温拉伸试验。 从不同退火工艺处理后的试样切取试料按有关标准制成金相试样，金相试样的腐蚀剂为：5 m LHNO3，5 m L HCI，10 m L HF、380 m L H20的混合酸溶液。经腐蚀后的各试样分别在蔡司A xio vert. Al金相显微镜上检查显微组织。2试验结果及分析2.1不同退火工艺对板材微观组织的影响 不同冷加工率的5754铝合金冷轧板经不同退火工艺处理后的微观组织如图1所示。从图1可见，在12

7、00C230C温度区间，板材微观组织为典型的轧制组织，如图1a所示。随着板材的退火温度上升到2500C2900C区间进行退火，轧板的微观组织有显著的变化，发生了明显的再结晶，轧制组织与再结晶组织共存，如图1b所示。从图1c可见，当板材的退火温度上升到350时，发生了完全再结晶，板材的微观组织为颗粒均匀的等轴完全再结晶组织，轧制组织完全消失。随着温度进一步升高到390时，再结晶晶粒之间相互吞并，长大成均匀、粗大的等轴再结晶组织，如图1d所示。2.2不同冷加工率对板材性能的影响 5754铝合金铸锭热轧至厚度为6 mm坯料后转入冷轧，经过6.0 mm 4.0&

8、#160;mm3.0 mm 2.0 mm1.2 mm多个道次冷轧，并在相关道次取样进行性能检测，其结果如表2所示。 5754铝合金热轧坯料经较大的冷加工塑性变形之后，原来的晶粒发生了剧烈变形，甚至破碎成更为细小的晶粒，在板材微观组织结构中位错密度、亚结构密度急剧增大，并发生了交互作用。随着总冷变形量的增加，位错及亚结构密度显著增加，强度性能增加，塑性显著降低。因此，从表2结果可以发现，6 mm热轧坯料的强度较低，伸长率高达25%，但经多道次冷轧之后，随着冷加工率增加板材的屈服强度和抗拉强度急剧上升，伸长率下降，且冷加工率大于50%后，

9、其伸长率变化不大。2.3  热处理试验结果与分析 铝合金在冷轧过程中，少部分变形功以晶格畸变和各种晶格缺陷储存在板材内部，导致冷轧之后板材的自由能攀升，在热力学上处于不稳定的亚稳状态。而在常温下，原子的活动能力很小，可使大多数金属板材的亚稳状态保持非常长的时间而不发生明显的变化。但板材温度一旦升高，原子扩散能力增加，使冷轧板材有由亚稳状态向稳定状态转变的趋势，导致冷变形板材的微观组织和性能都有很大的变化。从图2、3、4可以看出，5754铝合金冷轧板材在120 390温度区间进行退火处理，板材分别经历了回复、再结晶及晶粒长大三个阶段。 在1202

10、30温度区间内进行退火处理，不同冷变形量的5754铝合金板材主要发生了低温回复过程。在这一过程，主要以空位或间隙原子等点缺陷运动为主，然而，力学性能对点缺陷变化的敏感度不高，此时各项力学性能指标变化不大，但强度均有下降的趋势。当退火温度为2100C时，屈服强度和抗拉强度均有小幅上升，伸长率略有下降，这可能是由于在该温度保温时，原先溶于基体中的结晶相Mg5 Al8相均匀的弥散析出于晶内与晶界上，起到一定的弥散强化作用，此时的强化作用大于回复软化的，故强度呈现了微小的上升。随着退火温度进一步提高，当不同冷变形量的5754铝合金板材在2500C2900C区间内进行退火，板材的强度性能出现急

11、剧下降，在该温度区间退火，冷变形板材发生了再结晶软化过程，在原来的冷变形组织中产生了新的无畸变的等轴晶，最终得到无内应力和形变的完全再结晶组织。当退火温度进一步升高，再结晶晶粒之间相互吞并并长大，最后得到相对均匀的、尺寸较为粗大的等轴再结晶组织，但此时板材内部已处于稳定状态，等轴再结晶未发生异常长大。因此，在这一晶粒长大阶段前后，平均晶粒尺寸差别不大，从而各项力学性能指标也没有显著的变化。 在热处理过程中影响铝合金冷轧板材再结晶过程的因素主要有合金成分、原始晶粒尺寸、冷变形程度，退火温度、退火保温时间、加热速度等方面。在此次试验研究中，为了更加深入的探究不同冷变形量的5754铝合金冷

12、轧板的开始再结晶软化问题，在上述退火试验及结果分析的基础上，分别设计了不同温度及保温时间的相关退火试验，检测结果如表3所示。从图2、3、4及表3的对比分析结果可知，5754铝合金冷轧板材的初始再结晶受到总冷变形量、退火温度和保温时间的影响非常大，其中总冷变形量的影响最为关键。从图2、3、4和表3所示结果可以发现，总冷变形量大于50%的各板材，都经2700C2 h退火后，其力学性能有巨大的差异。总冷变形量为50%的轧板材，经该退火工艺退火后，为H24状态，而总冷变形量大于50%的轧板却已是O状态。除此之外，从表3也可知，总冷变形量大于50%的5754铝合金冷轧板在再结晶开始温度与再结晶

13、终了温度之间退火时，性能对温度变化非常敏感，退火温度区间非常窄，在10之内。 在实际生产中，受到不同批次因成分波动、前工序的细微差异等方面的影响，导致退火温度范围更加难以控制，因而对退火炉温度精度与均匀性的要求极高，这给大批量、稳定地工业生产造成极大的影响，容易出现退火后性能不均、不达标等现象，造成成品率低下。因此，在工业化生产5754-H2n状态板材时，为了便于设计和控制退火工艺以及提高5754铝合金板材的成品率，总冷加工率不宜大于50%。3  结  论 1) 5754铝合金6 mm热轧坯料的强度较低，伸长高达25%，但经过多道次冷轧，随着冷加工率增加板材的屈服强度和抗拉强度急剧上升，伸长率下降