退火制度对5052铝合金组织和性能的影响

2019-06-03杨直达

世界有色金属 2019年6期

杨直达

（天津忠旺科技有限公司，天津 301700）

5052铝合金是一种典型的5系铝合金，因其良好的可加工性能、中等的强度和相对的价格低廉性被广泛应用于船舶制造、交通运输、建筑等行业。5052铝合金属于不可热处理强化铝合金，其主要的强化方式是固溶强化和形变强化。固溶强化主要依靠合金中添加的Mg元素，Mg元素与基体元素形成β相，起到一定的固溶强化作用，但是强化效果有限，因此，5052铝合金的主要强化手段是加工硬化，即通过对热轧后的铝合金板材进行一定变形量的冷轧，使位错进行增值缠结，从而提到材料的强度。

5052铝合金在实际使用中，对合金本身的组织及韧性有一定的要求，板材的韧性与内部合理的组织结构能够保证材料具有良好的冲压、折弯和表面形貌。加工硬化后的铝合金，延伸率变差，组织结构不均匀，因此需要对其进行一定的退火，使材料的组织及性能达到使用要求。本文通过对冷轧后的5052铝合金板材进行不同温度及时间的退火，研究了退火制度对其组织和性能的影响。

1 试验材料

本次试验材料采用的使标准成分的5052铝合金，具体的板材化学成分如表1所示。

表1 5052铝合金的化学成分

5052合金冷轧板的主要生产流程：熔炼-铸造-锯切-铣面-加热-热轧-冷轧。其中5052铝合金的热轧下线的厚度为4.0mm，之后进行冷轧，冷轧加工变形量为61.3%，最后成品厚度为1.55mm，冷轧板性能如表2所示。

表2 5052铝合金1.55mm厚力学性能

2 试验方法

本文主要研究不同退火制度对5052铝合金的组织和性能的影响，因此设置不同的退火温度，选定200℃～500℃，每隔20℃为退火温度，同时每个温度下设定不同保温时间观察期对合金性能的影响，选定时间为2h和8h。利用金相显微镜对5052冷轧板及退火后的晶粒组织进行观察，利用拉伸试验机对5052冷轧板及退火后的试样进行力学性能测试。

3 试验结果及分析

（1）不同退火制度下的力学性能。5052铝合金的力学性能如表3所示，其中括号外的数字为不同退火温度保温时间为2h下的力学性能，括号内的数字为不同退火温度保温时间8h下的力学性能。

表3 5052铝合金不同退火温度的力学性能

从表2和表3中可以看出，相对于冷轧后的力学性能，板材经过退火后，抗拉强度和屈服强度下降，延伸率升高。从表3中可以看出，在退火保温时间均为2h的情况下，退火温度从200℃～260℃过程中，随着退火温度的升高，抗拉强度和屈服强度降低，延伸率升高，材料强度的下降和韧性的升高过程较为均匀。

退火温度从260℃～300℃过程中，同样随着温度的提高，强度降低，延伸率升高，但是强度呈现巨幅的下滑，延伸率的提高也较大；在300℃～500℃过程中，随着退火温度的升高，5052铝合金的强度和延伸率基本不再发生变化。从表3中保温2h和保温8h的力学性能中可以看出，在相同退火温度下，随着退火时间的增加，合金的强度有所下降，延伸率略微升高，但都基本变化不大，退火时间的延长对材料的性能基本无影响。

（2）不同退火制度下的晶粒组织形貌。图1为冷轧态5052铝合金的晶粒组织形貌，从中可以看出，5052铝合金经过冷轧后，晶粒基本呈现长条状，整体组织状态为纤维状组织。

图1 5052铝合金冷轧板组织

经过观察发现，退火时间对合金晶粒组织形貌基本无影响，因此选取保温2h下的一部分晶粒组织为典型形貌，如图2所示。图2为200℃～500℃退火的典型组织形貌图，从图2（a）中可以看出，200℃退火条件下，晶粒组织形貌和冷轧板材基本一致，组织基本为纤维状，合金相较于冷轧态铝合金发生了回复，导致合金的强度下降，延伸率升高。

图2（b）为260℃退火下的晶粒组织形貌，可以看出，在此温度下，合金板材已经发生了部分再结晶，但是由于驱动力较弱，并未发生完全再结晶。图2（c）为320℃退火温度下板材的晶粒形貌，可以看出，此时铝合金已经发生了完全再结晶，晶粒为等轴晶粒，均匀的分布于板材中。图2（d）为500℃下的晶粒形貌，相较于320℃退火，500℃退火下，5052合金板材的等轴晶粒发生了长大，但是晶粒尺寸没有较大的变化，晶粒的长大导致合金强度略微下降，但是整体影响不大。