退火温度对5154合金冷轧板组织和性能的影响

何建贤,韦祖祥,李小华,黄 颖,戴明銮,兰天虹

(1.广西南南铝加工有限公司,广西 南宁 530031;2.广西铝合金材料与加工重点实验室,广西 南宁 530031)

Al-Mg系铝合金的主要合金元素为Mg,该系列合金具有耐蚀性良好、强度高等特点,属于不可热处理合金,即不经热处理而由加工硬化可以得到相当高的力学性能,通过加入不同的合金元素可研制出各种用途的5xxx系列合金[1],5154合金是该系中的典型合金。虽然Mg 元素在Al基体中固溶度较大,且随温度固溶度变化较大,但Mg与Al 形成的化合物结构与Al 基体相近,从而导致5xxx 系铝合金无明显的时效强化效果,因此通常将其归纳为不可热处理铝合金系列[2,3]。

5154合金属于中低强度铝合金,具有良好的耐蚀性能、焊接性能和加工性能[4],已在焊接结构、船舶结构、海上设施、运输槽罐、压力容器等领域获得广泛应用。

1 实验材料及方法

试验采用的5154合金冷轧板材料为3mm厚的冷轧态卷材,通过半连续铸造获得5154合金扁锭,然后对扁锭进行双极均匀化处理[5],使用热轧机将扁锭轧制成5.5mm板材,再通过冷轧机将轧板轧制成3mm成品卷材。试验用5154合金板材的化学成分详见表1。

从常温(30℃)开始至600℃范围内,将厚度为3mm的5154合金板材以30℃间隔为一个实验点进行退火处理,每个实验点温度加热到温后保温2h,样品编号依次为1、2、3、……、20,对退火后的样品分别进行力学性能检测和显微组织观察,研究不同退火温度对5154合金冷轧板组织和性能的影响。

样品的力学性能检测方面采用CMT5305万能拉伸试验机完成;显微组织检测方面,首先对试验样品进行阳极覆膜处理,然后采用Zeiss Axio Vert.A1显微镜观察试样的偏光显微组织。

2 实验结果及分析

2.1 退火温度与力学性能关系

5154合金冷轧板材在不同退火温度下的力学性能曲线如图1所示。

图1 5154合金冷轧板材不同退火温度下的力学性能曲线图

可以看出,在室温条件下,5154合金冷轧板的强度随着退火温度的升高而逐渐降低,其延伸率逐渐提高。退火温度150℃～270℃时,强度逐渐降低,但趋势较缓,延伸率逐步提高;退火温度270℃～300℃时,强度急剧下降,而延伸率迅速提高;随着退火温度继续提高,5154合金冷轧板材的强度和延伸率逐渐趋于稳定;退火温度420℃～570℃时,强度出现小幅度下降,延伸率亦小幅度升高;当退火温度升到600℃时,强度小幅度下降,延伸率再次小幅度升高。

2.2 退火温度与显微组织关系

对试样进行金相组织分析,进一步了解不同退火温度对5154合金冷轧板显微组织的影响,如图2所示。退火温度小于270℃时,5154合金冷轧板试样的金相组织主要是纤维状的亚晶组织,此时材料的组织与结构处于非平衡状态;退火温度270℃～330℃时,组织已经部分发生再结晶,形成新的等轴晶粒,纤维组织逐渐消除,在该温度下材料的组织主要呈现为纤维组织和再结晶组织的混合体;退火温度420℃～540℃时,纤维组织基本消除,再结晶组织的晶粒尺寸逐渐长大;退火温度570℃时,纤维组织已完全消失,此时晶粒明显长大;退火温度达到600℃时,试样组织已发生过烧,微观组织呈现异常粗大的晶粒。

3 结论

(1) 5154合金冷轧板在退火温度150℃时进入回复阶段,此时材料塑性提升强度降低,组织晶粒度无明显变化。

(2)当270℃退火时,5154合金冷轧板已经开始发生再结晶,强度大幅度下降,延伸率迅速提高。退火温度330℃时,组织几乎已经完全再结晶。

(3)退火温度420℃～540℃时,材料中纤维组织基本消除,再结晶组织的晶粒尺寸逐渐长大,长到一定尺寸后不再有明显变化,力学性能无明显变化。

(4)当退火温度到600℃时,5154合金冷轧板试样组织已发生过烧,微观组织呈现粗大晶粒。