5083P-O铝合金板材高低温性能研究

孙晓红，张世欣，马立勇，郭周鹏，王建阳，李博文

摘 要：文章以5083P-O鋁合金板材为研究对象，采用高低温环境箱在-80 ℃～100 ℃温度条件下进行高低温拉伸试验，采用高温炉在200 ℃～500 ℃下进行试验。最终得出5083P-O铝合金板材的抗拉强度、屈服强度随着温度的升高而降低，延伸率随温度的升高而增加，100℃之前抗拉强度、屈服强度几乎无变化，200 ℃后才产生明显的降低，对温度的敏感性较高。

关键词：5083P-O;铝合金;高低温;力学性能

基金项目：国家自然科学基金资助项目;项目编号：51374241。2018河北省高等学校科学技术研究青年基金项目;项目编号：QN2018013。2018年度张家口市科技计划财政资助项目;项目编号：1811009B-10。2018年度张家口市科技计划财政资助项目;项目编号：1811009B-12。2019年度张家口市科技计划财政资助项目;项目名称：高速/超高速发动机薄壁管多场耦合微成形制造工艺研究。河北省大学生创新创业计划项目;项目编号：201810084004。河北省大学生创新创业计划项目;项目编号：201810084011。河北建筑工程学院教师发展专项;项目编号：2018SJ1002。河北建筑工程学院教学改革研究项目;项目编号：2018JY0005。

作者简介：孙晓红（1987— ），男，山东烟台人，工程师，硕士;研究方向：金属材料力学行为。

*通信作者：马立勇（1987— ），男，河北张家口人，讲师，硕士;研究方向：铝合金板带轧制、铝合金材料力学行为。

1 5083P-O铝合金板材

5083P-O铝合金板材为中等强度铝合金，具有优良的耐蚀性能、可焊接性能、加工性能、低温性能和不可热处理强化性能，被广泛应用于轨道车辆、建筑等领域，在轨道车辆司机室蒙皮、建筑桁架等部件多有应用[1-2]。5083P-O铝合金部件通过焊接而成，轨道列车在不同地域环境下的服役温度复杂多变，建筑桁架经历不同季节、温度的昼夜变化都直接影响该合金的服役性能[3-4]，研究5083P-O铝合金板材的高低温性能，可根据材料不同温度下性能进行部件设计，继而提高部件运行安全性和可靠性。

2 高低温拉伸试验

2.1 试验材料

高低温拉伸试验材料为国内某铝业公司提供的5083P-O铝合金板材，利用万能材料试验机、高低温环境箱和高温炉。按照标准GB/T13239—2006《金属材料 低温拉伸试验方法》和GB/T228.2—2015《金属材料 拉伸试验 第二部分：高温试验方法》进行拉伸试验。试样尺寸设计按照上述两个标准执行，平行段长度为60 mm，过渡圆弧半径为25 mm;纵向试样尺寸为200×40×4 mm，其化学成分如表1所示。

2.2 试验过程

按照上述试验标准要求，对5083P-O铝合金板材试样划标距为50 mm，设定环境箱和高温炉，对试样进行加热和制冷，达到预设温度时保温15 min，采用应变速率控制，移除引伸计前加载速率为0.004 ℃/min，移除引伸计后加载速率为0.04 ℃/min，最终试验结果如图1所示。

由图1可知，5083P-O铝合金的抗拉强度、屈服强度随温度变化趋势相同，呈现下降趋势，延伸率呈现上升的趋势。即在100 ℃之前，随着温度的升高，强度总体呈现下降的趋势，25 ℃下抗拉强度与﹣80 ℃下抗拉强度相比，强度降低4.2%，200 ℃之后，强度下降明显，到达500 ℃时，强度下降了93.6%;延伸率总体呈现上升的趋势，500 ℃下延伸率是﹣80 ℃下延伸率的3.68倍，300 ℃后5083P-O铝合金延伸率增加明显。

3 断口形貌分析

为了分析5083P-O铝合金试样不同温度下的断裂过程，对-80 ℃，300 ℃，400 ℃和500 ℃下拉伸断口进行SEM微观组织扫描分析。不同温度下5083P-O铝合金断裂试样微观形貌如图2所示，其中，（a）为﹣80 ℃，（b）为300 ℃，（c）为400 ℃，（d）为500 ℃。

从微观组织图中可以看出，5083P-O铝合金板材在低温下韧窝大而深，并伴随许多撕裂岭，说明其塑性较好，因其为不可热处理铝合金，所以韧窝中基本没有析出相组织。在300 ℃以下断口呈现韧窝状断口，当温度升高至400 ℃以上时，韧窝减少，材料出现明显的软化，断口呈现熔融特征，故温度超过300 ℃之后，材料的塑性增加明显，进一步证明了随着温度的升高，呈现出材料的强度降低、塑性性能升高的规律。

4 结语

（1）5083P-O铝合金板材的抗拉强度、屈服强度总体上随着温度的升高而降低，延伸率随温度的升高而增加。

（2）5083P-O铝合金100 ℃之前抗拉强度、屈服强度几乎无变化，200 ℃后才产生明显的降低，对温度的敏感性较高。

（3）5083P-O铝合金200℃之前延伸率增加不明显，300 ℃后材料呈现熔融特征，延伸率迅速增加。

[参考文献]

[1]伍颖.断裂与疲劳[M].武汉：中国地质大学出版社，2008.

[2]尚德广，王德俊.多轴疲劳强度[M].北京：科学出版社，2007.

[3]张海永，闫海鹏，曹京宜，等.AA5083铝合金在海水中的腐蚀行为研究[J].材料导报（研究篇），2015（11）：105.

[4]马楠楠，陶春虎，何玉怀，等.航空发动机叶片多轴疲劳试验研究进展[J].航空材料学报，2012（6）：44.

Research on high and low temperature properties of aluminum alloy sheet of 5083P-O

Sun Xiaohong1， Zhang Shixin1， Ma Liyong2*， Guo Zhoupeng2， Wang Jianyang2， Li Bowen2

（1.CRRC Qingdao Sifang Co.， Ltd.， Qingdao 266111， China;2. Hebei University of Architecture， Zhangjiakou 075000， China）

Abstract：This paper study on the tensile test of 5083 P-O aluminum alloy plates was done at -80 ℃ to 100 ℃ by using the environment tool， meanwhile， the tensile test at 200 to 500 ℃ was conducted by using the furnace. It can be concluded that the tensile strength and the yield strength decrease with the increasing temperature， while the elongation increases at the same condition. The tensile strength and the yield strength almost maintain the same level at the temperature lower than 100 ℃， the strength began to decrease significantly higher than 200 ℃， and 5083 P-O aluminum alloy plates was sensitive to temperature.

Key words：5083P-O; aluminum alloy; high and low temperature; mechanical performance