冷变形对5052铝合金板材力学性能及制耳率的影响

曾招芬， 齐文刚， 赵富有， 康跃民， 王雪萍， 张 义

(1. 忠旺(营口)高精铝业有限公司， 辽宁 营口 115003；2. 天津忠旺铝业有限公司， 天津 301700)

罐用铝材是近十几年来发展起来的一类高性能材料，主要有易拉罐和压力罐(或称气雾罐、喷雾罐)用铝材[1-2]。其中喷雾罐是一类特殊的商品包装，是用于盛装压缩、液化或加压溶解气体的容器[3]。5×××系Al-Mg合金具有密度低，比强度高的优势，能够满足喷雾罐强度、深冲等方面的要求，同时5×××系Al-Mg合金价格便宜，能够降低企业成本，因而在喷雾罐用材料中成为首选[4]。

制耳率是喷雾罐用铝合金的重要性能，制耳率越小，产品利用率越高。研究表明，轧制与再结晶织构对铝合金薄板的塑性各向异性有着重要的影响[5-8]。冷变形程度越大，45°方向的制耳越明显，对冷轧板进行退火时，由冷变形形成的织构会向立方织构转化，从而增加0°和90°方向的制耳[9-11]。当材料内部的变形织构和立方织构达到某一比例时，制耳率较小。本文通过对5052铝合金进行冷加工变形以及每道次再结晶退火，分析合金力学性能及制耳率与冷加工变形率之间的关系，为优化喷雾罐用5052铝合金板材的制造工艺提供基础数据。

1 试验材料与方法

本试验采用5052铝合金铸锭，化学成分如表1所示。5052铝合金铸锭采用Wagstaff扁锭铸造技术铸造而成，其规格为630 mm×1800 mm×7000 mm。对铸锭进行560 ℃×8 h均匀化处理，然后进行热轧。热轧加热制度为480 ℃×3 h，热轧坯料厚3 mm，终轧温度(320±10) ℃。热轧坯料冷却至室温后，送至冷轧。冷轧道次分配为：3 mm→2.1 mm→1.55 mm→1.15 mm→0.86 mm→0.64 mm→0.48 mm。每道次轧制后取2批试样，1批试样进行300 ℃×2 h再结晶退火，为退火板，1批试样不进行退火，为冷轧板。取样方向为轧向(0°)、垂直轧向(90°)及轧向的45°方向，取样方向如图1所示。采用拉伸试验机、光学显微镜及制耳率测试仪分别测试试样3个方向的力学性能、晶粒尺寸及制耳率。

表1 5052铝合金的化学成分(质量分数，%)

图1 取样方向示意图Fig.1 Schematic diagram of sampling direction

2 试验结果与分析

2.1 冷变形率对冷轧板力学性能的影响

图2为冷轧每道次取样的冷轧板的强度及伸长率随冷变形率增加的变化曲线。可以看出，3个方向的屈服强度几乎没有区别，但是3个方向的抗拉强度差别较大，90°方向的抗拉强度最高，45°的次之，0°的最低，差值在3～10 MPa。伸长率随冷变形率的增加逐渐减小。

图2 5052铝合金冷轧板力学性能与冷变形率的关系Fig.2 Relationship between mechanical properties of the 5052 aluminum alloy cold-rolled sheet and cold deformation rate

随着冷轧变形率的增加，强度近似线性增加，10%的变形量引起的抗拉强度的变化约为20 MPa，屈服强度的变化约为15 MPa。屈服强度和冷变形率的关系如式(1)所示：

Y=181.14+1.525X

(1)

式中：Y为屈服强度；X为冷变形率。

2.2 冷变形率对退火板晶粒尺寸及力学性能的影响

冷轧板再结晶退火后，晶粒尺寸随变形量的增加近似线性减小，如图3所示，且抗拉强度在3个方向上也不相同，0°的最高，45°和90°方向上抗拉强度基本相同。屈服强度也是类似的规律，但屈服强度和晶粒尺寸近似为线性关系。退火板晶粒尺寸和冷变形率及屈服强度的关系为：

G=43.88-0.343X

(2)

YO=127.45-1.592G

(3)

图3 5052铝合金退火板晶粒尺寸和冷变形率及强度的关系Fig.3 Relationship between grain size of the 5052 aluminum alloy annealed sheet and cold deformation rate and strength

式中：G为晶粒尺寸；X为冷变形率；YO为再结晶退火后的屈服强度。

图4为退火板屈强比和冷变形率的关系，可见3个方向的屈强比基本上相同，去除第一个数据点，其他均呈线性关系，其关系如式(4)所示：

Z=0.0032X+0.258

(4)

式中：Z为屈强比；X为冷变形率。

图4 5052铝合金退火板屈强比与冷变形率的关系Fig.4 Relationship between yield ratio of the 5052 aluminum alloy annealed sheet and cold deformation rate

2.3 冷变形率对退火板制耳率及平面各向异性的影响

从图5可以看出，随着冷变形率的增加，平面各向异性指数Δr先减小后增加，在70%冷变形率时最小。整体制耳率均小于2%，随着冷变形率的增加先减小后增加。总体来说，冷变形率在50%～60%时，退火板制耳率和Δr值均较小。

图5 5052铝合金退火板制耳率及平面各向异性指数Δr与冷变形率的关系Fig.5 Relationship between the earing rate and the plane anisotropy index Δr of the 5052 aluminum alloy annealed sheet and cold deformation rate

3 结论

1) 5052铝合金板材冷变形过程，冷轧板屈服强度(Y)和冷变形率(X)的关系为：Y=181.14+1.525X。

2) 5052铝合金冷轧板，经再结晶退火后，退火板晶粒尺寸(G)和冷变形率(X)的关系为：G=43.88-0.343X；屈服强度(YO)和晶粒尺寸的关系为：YO=127.45-1.592G；屈强比(Z)和冷变形率的关系为：Z=0.0032X+0.258。

3) 冷变形率在50%～60%时，5052铝合金退火板的制耳率和平面各向异性指数Δr值均较小。