5083铝合金弯曲性能的试验研究

侯英玮，王莹

(大连交通大学 材料科学与工程学院，辽宁 大连 116028)＊

0 引言

5XXX系列铝合金是一种热处理不可强化型铝合金.5083铝合金由于其具有高的抗蚀性，良好的可焊性和中等强度，广泛应用于舰艇、汽车和飞机板焊接件以及需要严格防火的压力容器、制冷装置等的制造.目前，对于5083铝合金的研究主要集中在组织性能，耐蚀性能的研究及化学成分等方面［1-3］.而关于5083铝合金弯曲性能的研究相对较少.由于铝合金本身的特性，板材成形过程中通常采用塑性较好的退火状态［4］.本文主要通过V形弯曲研究5083铝合金的热处理状态、化学元素、相对弯曲半径、保压时间对弯曲性能的影响，进而得出影响5083弯曲性能的因素，为其在实际生产中的应用及其零部件的成型工艺提供参考.

1 实验方法

1.1 弯曲实验

在液压万能试验机上进行.V形弯曲模具如图1所示.模具相关参数如表1所示.分别对每种试样进行3次试验，进行回弹角的测量，最后取平均值.Δα=α-α0.其中α为V形模具的角度;α0为弯曲件回弹后的角度.

图1 V形弯曲模具

表1 V形弯曲模具主要参数(弯曲角α0=120°)

实验结果计算:将已弯曲成形的样件的外形描绘到图纸上，然后测量有关数据，因本实验的重点是角度的回弹数据，角度的测量较困难，测量误差较大，所以通过测量线性尺寸来计算角度值:测量的相关尺寸如图2所示.

图2 待测量线性尺寸

1.2 实验用料

试验用料为分别有长春轨道客车有限公司提供的4 mm厚5083铝合金，化学成分为Al、Mg、Fe、Mn、C及由齐齐哈尔北车集团公司提供的6、8 mm厚5083 铝合金，化学成分为 Al、Mg、C、O.

1.3 退火工艺

为解决5083铝合金弯曲过程中出现的拉裂问题，对其进行退火处理，根据文献［6］，确定5083退火工艺为加热到415℃保温1 h，空冷.

2 实验结果及分析

2.1 热处理状态的影响

分别对6、8 mm厚5083铝合金进行退火处理.退火前后5083铝合金弯曲实验结果如表2所示.

表2 5083铝合金退火前后试验数据

图3、图4分别为退火前后6 mm厚5083铝合金的金相组织.

图3 退火前5083显微组织

图4 退火后5083显微组织

由图3可以看出:加工硬化后的5083铝合金，随着变形程度的增大，晶粒及晶间物质沿变形方向拉长.

由图4可以看出:经过退火，合金的回复和再结晶程度增大，轧制变形的纤维组织逐渐淡化，再结晶晶粒的形态逐渐趋于等轴化.

2.2 主要合金元素的影响

由JSM6360-LV型扫描电子显微镜测出两种5083铝合金的合金元素能谱图，图5为长客提供的5083铝合金(1#)，图6为齐车集团提供的5083铝合金(2#).

图5 1#5083铝合金的SEM能谱图

图6 2#5083铝合金的SEM能谱图

两种材料的化学成分含量如表3所示.

表35083铝合金化学成分(质量分数) %

在加工硬化状态下，1#板材弯曲性能优异，2#板材在相同条件下进行弯曲，出现裂纹.1#板材的弯曲性能优于2#板材.1#与2#5083弯曲试验结果如图7所示.

图7 1#与2#5083弯曲角度对比

Mg含量的影响:对比图5与图6Mg含量的峰值，知1#5083 Mg元素含量高于2#.文献［6］指出，Mg是5083铝合金中的主要合金元素.Mg含量应小于5.5%，当超过此含量后，会加大合金产生晶间裂纹及应力腐蚀的倾向.Mg能显著提高Al的强度但又不会使其塑性过分降低.当Mg含量小于5.5%时，合金产生裂纹倾向随Mg含量的增加而降低.

Mn含量的影响:2#5083不含Mn元素，1#5083含有微量Mn元素.文献［6］指出，合金中的Mn除少量固溶外，大部分形成MnAl6.可使Mg相沉淀均匀，提高合金的抗应力腐蚀开裂能力.Mn是铝合金中的有益元素.合金的弯曲性能随着Mn含量的增加而提高.

2.3 相对弯曲半径的影响

相对弯曲半径(R/t)表示弯曲成形的变形程度.分别取 R/t为1、1.5、2、3 进行实验.得到的结果如图8所示.R/t越小，断面中塑性变形变形区越大，切向总应变中弹性应变分量所占的比例越小.因此，卸载时弹性回弹Δα随R/t的减小而减小.当R/t=1时，出现负回弹.在实际生产中，为了提高弯曲性能，减小回弹角以满足生产需要选用较小的相对弯曲半径.但过小的弯曲半径易使工件弯曲处破裂，须权衡利弊.

图8 相对弯曲半径对回弹角度的影响

2.4 保压时间的影响

实验中，取保压时间为 30、60、120、180 s.实验结果如图9所示.板料变形开始后，随着弯曲变形程度的增大，板料开始产生塑性变形.变形结束后，适当延长保压时间，有利于板料内部应力以及组织的分布，故回弹角度小，弯曲性能提高.但在实际生产中，不能过度延长保压时间，还应考虑到生产效率的问题.

图9 保压时间对回弹角度的影响

3 结论

(1)加工硬化的5083铝合金经过415℃退火1 h保温，弯曲性能显著提高;

(2)Mg含量小于5.5%时，Mg含量愈高，弯曲性能愈好;Mn含量愈高，弯曲性能愈好;

(3)相对弯曲半径愈小，回弹愈小，板料弯曲性能愈好;

(4)保压时间愈长，回弹愈小，板料弯曲性能愈好.但在实际生产中，还需考虑到生产效率.

［1］齐国栋，杨鑫，师雪飞，等.退火制度对冷轧和温轧的5083铝合金组织性能的影响［J］.轻合金加工技术，2010(9):70-72.

［2］刘国元，王月.5083铝合金整体壁板耐腐蚀性能的研究［J］.材料开发与应用，2009(8):5-7.

［3］周庆波，张宏伟，冷金凤，等.化学成分对5083铝合金性能的影响［J］.轻合金加工技术，2007(10):33-34.

［4］杜凤山，闫亮，戴圣龙，等.2E12铝合金板材成形性能试验研究［J］.锻压技术，2009(4):62-64.

［5］龙凤斌.中厚板弯曲模试验与数据分析［J］.装备制造技术，2003(3):17-19.

［6］王祝堂，田荣璋.铝合金及其加工手册［M］.长沙:中南大学出版社，2005.