何建賢,韋祖祥,李小華,黃 穎,戴明鑾,蘭天虹

(1.廣西南南鋁加工有限公司,廣西 南寧 530031;2.廣西鋁合金材料與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 南寧 530031)

Al-Mg系鋁合金的主要合金元素為Mg,該系列合金具有耐蝕性良好、強(qiáng)度高等特點(diǎn),屬于不可熱處理合金,即不經(jīng)熱處理而由加工硬化可以得到相當(dāng)高的力學(xué)性能,通過(guò)加入不同的合金元素可研制出各種用途的5xxx系列合金[1],5154合金是該系中的典型合金。雖然Mg 元素在Al基體中固溶度較大,且隨溫度固溶度變化較大,但Mg與Al 形成的化合物結(jié)構(gòu)與Al 基體相近,從而導(dǎo)致5xxx 系鋁合金無(wú)明顯的時(shí)效強(qiáng)化效果,因此通常將其歸納為不可熱處理鋁合金系列[2,3]。

5154合金屬于中低強(qiáng)度鋁合金,具有良好的耐蝕性能、焊接性能和加工性能[4],已在焊接結(jié)構(gòu)、船舶結(jié)構(gòu)、海上設(shè)施、運(yùn)輸槽罐、壓力容器等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)采用的5154合金冷軋板材料為3mm厚的冷軋態(tài)卷材,通過(guò)半連續(xù)鑄造獲得5154合金扁錠,然后對(duì)扁錠進(jìn)行雙極均勻化處理[5],使用熱軋機(jī)將扁錠軋制成5.5mm板材,再通過(guò)冷軋機(jī)將軋板軋制成3mm成品卷材。試驗(yàn)用5154合金板材的化學(xué)成分詳見(jiàn)表1。

從常溫(30℃)開(kāi)始至600℃范圍內(nèi),將厚度為3mm的5154合金板材以30℃間隔為一個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行退火處理,每個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)溫度加熱到溫后保溫2h,樣品編號(hào)依次為1、2、3、……、20,對(duì)退火后的樣品分別進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)和顯微組織觀察,研究不同退火溫度對(duì)5154合金冷軋板組織和性能的影響。

樣品的力學(xué)性能檢測(cè)方面采用CMT5305萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)完成;顯微組織檢測(cè)方面,首先對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行陽(yáng)極覆膜處理,然后采用Zeiss Axio Vert.A1顯微鏡觀察試樣的偏光顯微組織。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 退火溫度與力學(xué)性能關(guān)系

5154合金冷軋板材在不同退火溫度下的力學(xué)性能曲線如圖1所示。

圖1 5154合金冷軋板材不同退火溫度下的力學(xué)性能曲線圖

可以看出,在室溫條件下,5154合金冷軋板的強(qiáng)度隨著退火溫度的升高而逐漸降低,其延伸率逐漸提高。退火溫度150℃～270℃時(shí),強(qiáng)度逐漸降低,但趨勢(shì)較緩,延伸率逐步提高;退火溫度270℃～300℃時(shí),強(qiáng)度急劇下降,而延伸率迅速提高;隨著退火溫度繼續(xù)提高,5154合金冷軋板材的強(qiáng)度和延伸率逐漸趨于穩(wěn)定;退火溫度420℃～570℃時(shí),強(qiáng)度出現(xiàn)小幅度下降,延伸率亦小幅度升高;當(dāng)退火溫度升到600℃時(shí),強(qiáng)度小幅度下降,延伸率再次小幅度升高。

2.2 退火溫度與顯微組織關(guān)系

對(duì)試樣進(jìn)行金相組織分析,進(jìn)一步了解不同退火溫度對(duì)5154合金冷軋板顯微組織的影響,如圖2所示。退火溫度小于270℃時(shí),5154合金冷軋板試樣的金相組織主要是纖維狀的亞晶組織,此時(shí)材料的組織與結(jié)構(gòu)處于非平衡狀態(tài);退火溫度270℃～330℃時(shí),組織已經(jīng)部分發(fā)生再結(jié)晶,形成新的等軸晶粒,纖維組織逐漸消除,在該溫度下材料的組織主要呈現(xiàn)為纖維組織和再結(jié)晶組織的混合體;退火溫度420℃～540℃時(shí),纖維組織基本消除,再結(jié)晶組織的晶粒尺寸逐漸長(zhǎng)大;退火溫度570℃時(shí),纖維組織已完全消失,此時(shí)晶粒明顯長(zhǎng)大;退火溫度達(dá)到600℃時(shí),試樣組織已發(fā)生過(guò)燒,微觀組織呈現(xiàn)異常粗大的晶粒。

3 結(jié)論

(1) 5154合金冷軋板在退火溫度150℃時(shí)進(jìn)入回復(fù)階段,此時(shí)材料塑性提升強(qiáng)度降低,組織晶粒度無(wú)明顯變化。

(2)當(dāng)270℃退火時(shí),5154合金冷軋板已經(jīng)開(kāi)始發(fā)生再結(jié)晶,強(qiáng)度大幅度下降,延伸率迅速提高。退火溫度330℃時(shí),組織幾乎已經(jīng)完全再結(jié)晶。

(3)退火溫度420℃～540℃時(shí),材料中纖維組織基本消除,再結(jié)晶組織的晶粒尺寸逐漸長(zhǎng)大,長(zhǎng)到一定尺寸后不再有明顯變化,力學(xué)性能無(wú)明顯變化。

(4)當(dāng)退火溫度到600℃時(shí),5154合金冷軋板試樣組織已發(fā)生過(guò)燒,微觀組織呈現(xiàn)粗大晶粒。