王冬成

(東北輕合金有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150060)

5083鋁合金屬于Al-Mg系合金，具有良好的焊接性能、耐腐蝕性能及機(jī)械加工性能，因其綜合性能優(yōu)良而被廣泛應(yīng)用，是制造模具、罐體、船殼、鉆井設(shè)備、電視塔等物品的重要材料。生產(chǎn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)5083合金厚板屈服強(qiáng)度穩(wěn)定性差，部分性能指標(biāo)超出標(biāo)準(zhǔn)要求，不能滿足用戶的使用需求，造成大量產(chǎn)品因屈服強(qiáng)度不合格而報(bào)廢。因此，本試驗(yàn)采用正交設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方法，探究影響厚板屈服強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，而后通過調(diào)整關(guān)鍵影響因素的工藝參數(shù)，確保5083合金厚板屈服強(qiáng)度的穩(wěn)定性。從而為生產(chǎn)提供理論依據(jù)，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的5083鋁合金厚板提供保證。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料選擇

本試驗(yàn)采用熔鑄分廠半連續(xù)鑄造方法生產(chǎn)的5083合金鑄錠，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為，Si≤0.4%，F(xiàn)e≤0.4%，Cu≤0.1%，Mn0.4%～1.0%，Mg4.0%～4.9%，Cr0.05%～0.25%，Zn≤0.25%，Ti≤0.15%，Al余量。試驗(yàn)料的生產(chǎn)工藝為，熔鑄→均火→鋸切→銑面→加熱→熱軋→退火→拉伸→鋸切成品尺寸→驗(yàn)收。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，我們選取了4個(gè)影響板材屈服強(qiáng)度的因素，分別為鎂(Mg)元素含量、錳(Mn)元素含量、熱軋終了溫度、退火溫度，每個(gè)因素設(shè)置3個(gè)水平，因素水平一覽表如表1所示。本實(shí)驗(yàn)采用L9(34)正交表，如表2所示。

表1 因素水平一覽表

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果及極差計(jì)算過程如表3所示。

2.2 結(jié)果分析

2.2.1 鎂(Mg)元素含量對(duì)板材屈服強(qiáng)度的影響

由表3可知，因素1的極差最大，說明Mg元素含量對(duì)板材屈服強(qiáng)度的影響最大，含鎂量高的合金板材，屈服強(qiáng)度隨之升高。鎂含量每增加0.3%(wt.%)屈服強(qiáng)度平均提高17.5MPa。Mg做為5083合金中的主要強(qiáng)化元素，具有一定的強(qiáng)化作用。隨著鎂含量的增加，合金中β相(Mg5Al8)也隨之增加，因β相在共晶組織中呈骨骼狀，硬度較大，β相增加必然導(dǎo)致合金強(qiáng)度升高。因此鎂合金應(yīng)控制在范圍上限，能保證得到屈服強(qiáng)度指標(biāo)較好的合金板材。

2.2.2 錳(Mn)含量對(duì)板材屈服強(qiáng)度的影響

由表3可知，Al-Mg合金中添加錳(Mn)，隨著錳含量的增加，合金強(qiáng)度有所升高，合金元素錳可以起到補(bǔ)充強(qiáng)化的作用，比等量的鎂效果更好。另外，合金中加入錳還可以降低熱裂傾向，使β相均勻沉淀，改善合金的耐腐蝕性能和焊接性能，因此錳應(yīng)控制在范圍上限。

表2 L9(34)正交表

表3 試驗(yàn)結(jié)果及極差計(jì)算

2.2.3 熱軋終了溫度對(duì)板材屈服強(qiáng)度的影響

開軋溫度為450℃～480℃的鑄塊，經(jīng)熱軋由450mm軋至10mm，測其軋制終了溫度分別為325℃、356℃、348℃，切取試樣進(jìn)行組織及性能檢測。屈服強(qiáng)度檢測結(jié)果如表3所示，板材組織如圖1所示。

圖1 5083合金熱軋板偏光組織(終軋溫度356℃)Fig.1 Polarized microstructure of 5083 alloy hot rolled plate (finish rolling temperature 356 ℃)

由圖1可知，板材顯微結(jié)構(gòu)以變形組織與再結(jié)晶組織共存。從表3可以看出，隨著熱軋終了溫度的升高，板材屈服強(qiáng)度隨之降低。這是由于變形溫度越高，則回復(fù)與再結(jié)晶進(jìn)行得更加充分，致使合金板材得到較低的屈服強(qiáng)度。然而，由于熱軋終了溫度都較高，均在320℃以上，屈服強(qiáng)度變化并不顯著，故熱軋終了溫度不必嚴(yán)格控制。

2.2.4 退火溫度對(duì)板材屈服強(qiáng)度的影響

退火溫度對(duì)5083合金厚板屈服強(qiáng)度的影響如表3所示。從表3中可以看出，隨著退火溫度升高，5083合金板材屈服強(qiáng)度變化比較平緩。熱加工時(shí)，金屬內(nèi)部同時(shí)進(jìn)行著加工硬化與動(dòng)態(tài)再結(jié)晶軟化兩個(gè)過程，熱加工停止后，金屬內(nèi)部靠加工余熱又發(fā)生了靜態(tài)再結(jié)晶行為，因而退火前板材內(nèi)部以纖維組織與再結(jié)晶組織并存。熱軋溫度為450℃～480℃，較低的退火溫度(100℃～250℃)不會(huì)對(duì)熱加工后的板材組織與性能造成太大影響。只是在270℃以上退火時(shí)，金屬內(nèi)部纖維組織會(huì)發(fā)生一定程度的回復(fù)與再結(jié)晶行為，因而退火板材強(qiáng)度有所降低，延伸率有所提高，但變化并不明顯。從綜合腐蝕因素角度考慮，板材退火溫度應(yīng)控制在270℃～280℃。

3 試驗(yàn)結(jié)論

(1)從正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，影響板材最終屈服強(qiáng)度的最大因素是Mg元素含量，Mn元素含量、熱軋終了溫度、退火溫度等對(duì)板材最終屈服強(qiáng)度影響極?。?/p>

(2)隨Mg元素含量增加，板材屈服強(qiáng)度呈上升趨勢；合金中β相會(huì)隨Mg元素含量增加而增加，β相(Mg5Al8)增加必然導(dǎo)致合金強(qiáng)度升高，因此Mg元素含量應(yīng)控制在范圍上限；

(3)隨Mn元素含量增加，板材屈服強(qiáng)度呈上升趨勢，Mn元素具有補(bǔ)充強(qiáng)化作用，因此Mn元素含量應(yīng)控制在范圍上限；

(4)隨軋制終了溫度升高，板材屈服強(qiáng)度隨之降低，但變化幅度很小，故不必嚴(yán)格控制；

(5)退火溫度對(duì)板材屈服強(qiáng)度影響很小，但從腐蝕因素角度考慮，退火溫度應(yīng)控制在270℃～280℃。