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 徐平平1，曹曉卿1,2，樊  奇1，劉文拯1，王東亞1，曹  苗1

（1．太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西太原030024：2．先進(jìn)鎂基材料山西省重點實驗室，山西太原030024）

摘要：對5052鋁合金板材進(jìn)行了再結(jié)晶退火，通過組織觀察、單向拉伸、杯突試驗、筒形件拉深試驗，分析了不同退火溫度和保溫時間對板材顯微組織、力學(xué)性能和成形性能的影響。結(jié)果表明，經(jīng)3400C保溫1h再結(jié)晶退火處理后，5052鋁合金板材顯微組織為均勻等軸晶粒；抗拉強度為181 N／mm2，伸長率達(dá)到22. 36%，杯突值為7.59 mm，極限拉深比為2。顯微組織、力學(xué)性能和成形性能的配合較好。

關(guān)鍵詞：5052鋁合金；再結(jié)晶退火；力學(xué)性能；成形性能

中圖分類號：TG166.3 文章編號：1007 - 7235( 2016) 03 - 0043 - 05

 鋁合金密度低，但比強度高、接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有良好的熱加工性，優(yōu)良的焊接性能，較好的耐腐蝕性能和較高的韌性等優(yōu)點。國內(nèi)外學(xué)者對鋁合金的生產(chǎn)及應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究。

 目前對5052鋁合金板材研究工作主要集中在其生產(chǎn)工藝、組織觀察與性能表征方面。魏小華研究了5052鋁合金板的生產(chǎn)工藝，確定了5052鋁合金H32狀態(tài)板材的穩(wěn)定化退火工藝參數(shù)。張登峰重點介紹了5052鋁合金板材的生產(chǎn)工藝并確定再結(jié)晶溫度范圍為280℃~ 340℃。葛義勇研究了軋制后的5052鋁合金板在180℃~ 420℃下進(jìn)行退火軟化試驗，確定出5052鋁合金在340℃時各向異性最好。易成對鑄軋5052鋁合金板坯進(jìn)行了均勻化退火、中間退火和成品退火處理，確定了較好的退火處理工藝參數(shù)使得板材抗拉強度達(dá)到280N／mm2，伸長率達(dá)到9%。任文達(dá)等研究了變形行為及不同退火處理對5052鋁合金鑄軋板料力學(xué)性能及微觀組織結(jié)構(gòu)的影響，并確定冷變形40%時再結(jié)晶退火溫度約為350℃，隨著變形量的增加再結(jié)晶溫度呈下降趨勢。Yuan H等對5052鋁合金進(jìn)行拉伸，對冷變形過程中產(chǎn)生的應(yīng)變硬化和取向硬化／軟化進(jìn)行分析。許曉靜等研究了5052鋁合金的異步軋制大變形技術(shù)及后續(xù)熱處理對材料硬度、屈服強度和晶體取向的影響。

 對于5052鋁合金板成形方面的研究，國內(nèi)外學(xué)者主要在成形極限圖的繪制方面進(jìn)行了深入的研究。Sekhar K C等研究了室溫軋制與低溫軋制對5052鋁合金板材拉深性能的影響，并繪制了成形及斷裂極限圖。Mahabunphachai S等人在不同溫度和應(yīng)變下進(jìn)行脹形和拉伸試驗得出流變應(yīng)力曲線，進(jìn)而通過試驗和有限元模擬研究溫度和壓力對板料充液拉深成形性能的影響。Min HE等人通過原位拉伸中測定的GTN損傷模型參數(shù)來預(yù)測5052鋁合金板的成形極限圖，并提出原位拉伸試驗確定的參數(shù)可應(yīng)用于韌性金屬塑性成形極限的研究。劉大海等人研究了在準(zhǔn)靜態(tài)／動態(tài)復(fù)合加載下鋁合金板材平面應(yīng)變成形極限。現(xiàn)階段，供應(yīng)態(tài)的5052鋁合金大多為H32加工硬化狀態(tài)，成形性能較差，不能達(dá)到?jīng)_壓成形的要求。通過再結(jié)晶退火處理能消除變形結(jié)構(gòu)使組織和性能將達(dá)到平衡狀態(tài)。

 本試驗對加工硬化態(tài)的5052鋁合金板材采取不同的再結(jié)晶退火工藝參數(shù)進(jìn)行熱處理，通過顯微組織觀察、單向拉伸試驗、杯突試驗，制定出合理地退火溫度和保溫時間。并對熱處理后的5052鋁合金板進(jìn)行筒形件拉深，確定出熱處理后室溫下5052鋁板的極限拉深比。

1  試驗方法

1.1試驗材料及熱處理參數(shù)

 本試驗中所用材料為市售H32加工硬化狀態(tài)、厚度為1.0 mm的5052鋁合金板，其化學(xué)成分見表1。供應(yīng)態(tài)下5052鋁合金的抗拉強度為273 N/mm2、伸長率為12.3%。根據(jù)5052鋁合金再結(jié)晶溫度范圍，選取退火溫度為300℃、320℃、340℃、360℃、380℃、400℃，保溫時間設(shè)定為0.5 h、1 h、1.5 h、2h。

1.2顯微組織觀察及性能測試

 顯微組織觀察試樣的制備采用電解拋光方法，腐蝕劑為keller試劑（2.5 m L硝酸+1.5 m L鹽酸+1 m L氫氟酸+95 m L去離子水），采用DM2700金相顯微鏡觀察試樣的顯微組織。單向拉伸試驗按照GB/T 3246.1 - 2000進(jìn)行試樣制備，在DNS200電子萬能試驗機上測試5052鋁合金板材的力學(xué)性能。杯突試驗按照GB/T 4156 - 2007制備試樣并在GBS-60B數(shù)顯自動杯突試驗機上進(jìn)行。筒形件拉深試驗采用自制簡易拉深模具，模具結(jié)構(gòu)參數(shù)如表2，由DNS200萬能試驗機提供壓力。拉深試樣的制備采用線切割機將板料切割成不同直徑的圓形坯料。

2  結(jié)果與分析

2.1顯微組織

 圖1為5052鋁合金板在不同退火溫度保溫1 h的顯微組織。經(jīng)300℃退火處理后，鋁合金板料顯微組織中出現(xiàn)再結(jié)晶組織。隨著溫度的升高，再結(jié)晶繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)溫度升高到340℃時，顯微組織呈現(xiàn)均勻等軸的完全再結(jié)晶狀態(tài)。隨著溫度的繼續(xù)升高，晶粒有長大的趨勢。圖2為5052鋁合金板材340℃不同保溫時間退火的顯微組織。保溫0.5 h時出現(xiàn)一些小的再結(jié)晶晶粒。保溫1h時再結(jié)晶完成，呈現(xiàn)均勻等軸的晶粒。隨著保溫時間的延長，晶粒慢慢長大。

2.2力學(xué)性能

 圖3為退火溫度對5052鋁合金板力學(xué)性能的影響。從圖3中可以看出抗拉強度隨溫度的升高而降低，在340℃抗拉強度為181.3 N／mm2，此后隨退火溫度升高抗拉強度趨于平穩(wěn)。伸長率隨溫度的升高而升高，到340℃時伸長率達(dá)到22. 36%，是原始板材伸長率的1.8倍。當(dāng)退火溫度超過340℃時板料的抗拉強度和伸長率都達(dá)到相對穩(wěn)定的狀態(tài)。與前面分析的不同退火溫度對顯微組織影響的變化規(guī)律相對應(yīng)。

 在退火溫度為340℃時，分析不同保溫時間對力學(xué)性能的影響。圖4為保溫時間對5052鋁合金板力學(xué)性能的影。從圖4看出，隨著保溫時間的延長，抗拉強度略有減小，伸長率略有增加，力學(xué)性能變化并不明顯。與前面分析的不同退火保溫時間對顯微組織影響的變化規(guī)律相對應(yīng)。

 未經(jīng)過退火處理的鋁合金板材拉伸斷口形貌如圖5a，宏觀形貌沒有明顯塑性變形，斷口平整，微觀形貌中有明顯河流花樣，屬于脆性斷裂；經(jīng)340℃保溫1 h再結(jié)晶退火處理后的拉伸斷口形貌如圖5b,斷口均呈現(xiàn)典型的韌窩斷裂特征。韌窩大小和分布均勻、韌窩較大而且深。這與其伸長率較高相對應(yīng)，說明經(jīng)退火處理后鋁合金板的塑性變形能力大大提高。

2.3成形性能

 不同溫度保溫1h再結(jié)晶退火后板料的杯突值如圖6a。從圖6a看出，隨著溫度的升高，鋁合金板的杯突值隨溫度的升高而增加，在340℃后杯突值增加緩慢。5052鋁合金板材340℃不同保溫時間退火后的杯突值如圖6b。鋁合金板材的杯突值隨保溫時間的延長變化不明顯。這與前面分析的顯微組織和力學(xué)性能規(guī)律相對應(yīng)。

 沒有經(jīng)過退火處理的板材塑性較差，直徑為60mm的試樣拉深到5 mm時即出現(xiàn)拉裂。直徑為60mm、70 mm、80 mm的5052鋁合金圓形板料經(jīng)340℃保溫1h再結(jié)晶退火處理后拉深的筒形件如圖7所示�？梢�，由于退火后的塑性明顯提高，在室溫下5052鋁合金板的極限拉深比可達(dá)到2。

3  結(jié)  論

 5052鋁合金板經(jīng)340℃、保溫1h再結(jié)晶退火處理后，顯微組織呈現(xiàn)均勻等軸晶粒，抗拉強度達(dá)到181 N／mm2，伸長率達(dá)到22. 36%，杯突值為7.59mm，極限拉深比可達(dá)2。顯微組織、力學(xué)性能和成形性能的配合較好。不但能滿足深加工變形的性能要求，也提高板材的生產(chǎn)效率并節(jié)約成本。