冷变形及退火对薄板5182铝合金微观组织与力学性能的影响

吴建新，高 崇

（1.中铝瑞闽股份公司质量技术部，福建 福州 350015；2. 中铝科学技术研究院铝合金材料研究所，北京 102209）

5182铝合金属于不可热处理强化的Al-Mg系合金，铝镁合金具有良好的抗蚀性和可焊性能[1]。5182铝合金由于中等强度、良好的散热性和成型性能，被广泛应用于轿车的各类壳体，如侧护板、车门内衬板、隔热罩等。由于5182铝合金板材具有中等强度、良好的耐蚀性和焊接性能，一直是人们研究的热点，目前关于5182合金的研究主要集中于合金元素优化、焊接性能、耐蚀性能、塑性变形机制等方面，对于工业化条件下轧制工艺过程控制对合金组织和力学性能的影响规律研究较少。

本文研究了冷轧过程中不同的冷变形及退火工艺对0.5mm薄板5182铝合金的晶粒组织、拉伸性能与各向异性能的影响规律，为薄板5182铝合金生产工艺的制定、显微组织的调控、拉伸性能及各向异性能的改善提供依据。

1 试验材料及方法

本试验选用材料是中铝瑞闽公司生产的薄板5182铝合金，其化学成分如表1所示。5182铝合金经过半连续铸造，按照标准要求将铸锭去掉头尾后，采用单级均热处理（500℃×4h），热轧到6.0mm厚度，然后分别进行不同程度的冷变形和不同温度的中间退火工艺（360℃×2h），再进行不同温度的稳定化退火处理（300℃～380℃/2h）。具体工艺与试样编号，如表2所示。

薄板5182铝合金的金相试样采用阳极覆膜，阳极覆膜剂为38ml H2SO4+43ml H2PO3+19ml H2O混合液，使用Leica DFC295光学显微镜观察试样的微观组织，采用Image Pro-Plus软件统计观察区域内150～200个晶粒的尺寸分布，并计算平均值。不同冷变形及退火工艺处理的薄板5182铝合金的拉伸试样是沿着轧制方向(Rolling direction,RD)截取，各向异性性能是沿着轧制方向和垂直于轧制方向(Transverse direction,TD)截取的。拉伸试验在室温条件下，按照GB/T 228.1-2010在Instron-8801拉伸试验机上进行，拉伸速度为2mm/min，记录抗拉强度、屈服强度和延伸率。

表1 5182铝合金的化学成分

表2 5182铝合金的轧制工艺

2 结果与讨论

2.1 微观组织分析

图1 不同冷变形量和退火时间的5182薄板表面和横截面的微观组织:(a)300℃×2h-30%;(b)300℃×2h-50%;(c)300℃×4h-30%;(d)300℃×4h-50%

图2 不同冷变形量5182薄板表面和横截面的微观组织:(a)30%;(b)50%;(c)60%;(d)92%

图1不同冷变形量和退火时间的5182薄板表面和横截面的微观组织。由图1a和图1b可以看到，在退火工艺为300℃×2h条件下，5182铝合金的微观组织发生未完全再结晶，冷变形量由30%提高到50%，再结晶程度有所增加；由图1c和图1d可以看到，在退火温度300℃条件下，延长退火保温时间到4h，冷变形量为30%和50%的薄板5182铝合金的再结晶程度均有所增加。

图2是在退火工艺为340℃×2h条件下，不同冷变形量的5182薄板表面和横截面的微观组织。由图2a可以看到，冷变形量为30%的5182铝合金晶粒发生异常长大，尺寸为31.8μm；由图2b、图2c和图2d可以看到，冷变形量为50%、60%和92%的5182铝合金晶粒尺寸逐渐减小，分别为16.1μm、14.2μm和9.4μm。可见，5182铝合金在退火工艺为340℃×2h条件下发生完全再结晶，晶粒尺寸随着冷变形量的增加逐渐减小。

2.2 冷变形量和退火温度对薄板5182拉伸性能的影响

图3是不同冷变形量及退火温度(保温2h)处理5182薄板的拉伸性能。

由图3a和图3b可以看到，随着退火温度由300℃增加到380℃，不同冷变形量5182试样的抗拉强度和屈服强度逐渐降低，其中冷变形量为17%和30%时，5182试样的拉伸强度显著降低（∆σ17%=54 Mpa和∆σ30%=47 MPa）；冷变形量为50%、60%和92%时，5182试样的拉伸强度略有降低（∆σ50%=18 Mpa、∆σ60%=9 Mpa和∆σ30%=6 MPa）。

由图3c可以看到，延伸率变化趋势与拉伸性能刚好相反，冷变形量为17%和30%时，5182试样的延伸率显著增加；冷变形量为50%、60%和92%时，5182试样的拉伸强度略有提高。

拉伸性能波动主要是由于在较低温度(300℃)退火时，5182铝合金的微观组织发生未完全再结晶，增大冷变形量，再结晶程度增加。当退火温度提高后，5182铝合金的微观组织发生完全再结，并且随着冷变形量的增加，微观组织由异常长大的晶粒逐渐转变为细小的再结晶组织，合金的拉伸性能得到强化。

2.3 冷变形量和退火时间对薄板5182拉伸性能的影响

图4是不同冷变形量及退火保温时间处理5182薄板的拉伸性能。

由图4a和图4b可以看到，当退火温度为300℃，保温时间由2h增加到4h时，拉伸强度随着冷变形量的增加逐渐降低，其中冷变形量为17%和30%的5182试样的拉伸强度较高；冷变形量为50%、60%和92%的5182试样的拉伸强度较低。延伸率随着冷变形量的增加逐渐升高。

由图4c和图4d可以看到，与退火温度为300℃的5182试样相比，当退火温度为340℃，拉伸强度降低，延伸率增加；保温时间由2h增加到4h时，随着冷变形量的增加，抗拉强度和延伸率基本保持不变，屈服强度略有增大。这主要是因为在退火温度为300℃时，延长退火保温时间，5182铝合金的再结晶程度均有所增加，导致合金强度有所降低，塑性增加。

3 结论

经不同的冷变形及退火工艺处理的0.5mm薄板5182铝合金，对比分析了其晶粒组织、拉伸性能与各向异性能，得到如下结论：

图3 不同冷变形量及退火温度处理5182薄板的拉伸性能：(a)抗拉强度;(b)屈服强度;(c)延伸率

图4 不同冷变形量及退火保温时间处理5182薄板的拉伸性能:(a)300℃×2h;(b)300℃×4h;(c)340℃×2h;(d)340℃×4h

（1）冷变形量的增加有助于提高5182薄板铝合金晶粒的再结晶程度和细化程度。但当冷变形量为30%时，再结晶晶粒发生异常长大，使合金的力学性能降低；冷变形量大于50%后，再结晶晶粒尺寸细小，分布均匀。

（2）较低的退火温度使5182铝合金的微观组织发生部分再结晶，延长到退火保温时间，有助于提高合金再结晶程度；退火温度大于320℃使合金发生完全再结晶。退火后5182铝合金的各向异性性能均低于5%。