退火工艺对5052铝合金板材力学性能和成形性能的影响

 徐平平1，曹晓卿1,2，樊  奇1，刘文拯1，王东亚1，曹  苗1

（1．太原理工大学材料科学与工程学院，山西太原030024：2．先进镁基材料山西省重点实验室，山西太原030024）

摘要：对5052铝合金板材进行了再结晶退火，通过组织观察、单向拉伸、杯突试验、筒形件拉深试验，分析了不同退火温度和保温时间对板材显微组织、力学性能和成形性能的影响。结果表明，经3400C保温1h再结晶退火处理后，5052铝合金板材显微组织为均匀等轴晶粒；抗拉强度为181 N／mm2，伸长率达到22. 36%，杯突值为7.59 mm，极限拉深比为2。显微组织、力学性能和成形性能的配合较好。

关键词：5052铝合金；再结晶退火；力学性能；成形性能

中图分类号：TG166.3 文章编号：1007 - 7235( 2016) 03 - 0043 - 05

 铝合金密度低，但比强度高、接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有良好的热加工性，优良的焊接性能，较好的耐腐蚀性能和较高的韧性等优点。国内外学者对铝合金的生产及应用进行了大量的研究。

 目前对5052铝合金板材研究工作主要集中在其生产工艺、组织观察与性能表征方面。魏小华研究了5052铝合金板的生产工艺，确定了5052铝合金H32状态板材的稳定化退火工艺参数。张登峰重点介绍了5052铝合金板材的生产工艺并确定再结晶温度范围为280℃~ 340℃。葛义勇研究了轧制后的5052铝合金板在180℃~ 420℃下进行退火软化试验，确定出5052铝合金在340℃时各向异性最好。易成对铸轧5052铝合金板坯进行了均匀化退火、中间退火和成品退火处理，确定了较好的退火处理工艺参数使得板材抗拉强度达到280N／mm2，伸长率达到9%。任文达等研究了变形行为及不同退火处理对5052铝合金铸轧板料力学性能及微观组织结构的影响，并确定冷变形40%时再结晶退火温度约为350℃，随着变形量的增加再结晶温度呈下降趋势。Yuan H等对5052铝合金进行拉伸，对冷变形过程中产生的应变硬化和取向硬化／软化进行分析。许晓静等研究了5052铝合金的异步轧制大变形技术及后续热处理对材料硬度、屈服强度和晶体取向的影响。

 对于5052铝合金板成形方面的研究，国内外学者主要在成形极限图的绘制方面进行了深入的研究。Sekhar K C等研究了室温轧制与低温轧制对5052铝合金板材拉深性能的影响，并绘制了成形及断裂极限图。Mahabunphachai S等人在不同温度和应变下进行胀形和拉伸试验得出流变应力曲线，进而通过试验和有限元模拟研究温度和压力对板料充液拉深成形性能的影响。Min HE等人通过原位拉伸中测定的GTN损伤模型参数来预测5052铝合金板的成形极限图，并提出原位拉伸试验确定的参数可应用于韧性金属塑性成形极限的研究。刘大海等人研究了在准静态／动态复合加载下铝合金板材平面应变成形极限。现阶段，供应态的5052铝合金大多为H32加工硬化状态，成形性能较差，不能达到冲压成形的要求。通过再结晶退火处理能消除变形结构使组织和性能将达到平衡状态。

 本试验对加工硬化态的5052铝合金板材采取不同的再结晶退火工艺参数进行热处理，通过显微组织观察、单向拉伸试验、杯突试验，制定出合理地退火温度和保温时间。并对热处理后的5052铝合金板进行筒形件拉深，确定出热处理后室温下5052铝板的极限拉深比。

1  试验方法

1.1试验材料及热处理参数

 本试验中所用材料为市售H32加工硬化状态、厚度为1.0 mm的5052铝合金板，其化学成分见表1。供应态下5052铝合金的抗拉强度为273 N/mm2、伸长率为12.3%。根据5052铝合金再结晶温度范围，选取退火温度为300℃、320℃、340℃、360℃、380℃、400℃，保温时间设定为0.5 h、1 h、1.5 h、2h。

1.2显微组织观察及性能测试

 显微组织观察试样的制备采用电解抛光方法，腐蚀剂为keller试剂（2.5 m L硝酸+1.5 m L盐酸+1 m L氢氟酸+95 m L去离子水），采用DM2700金相显微镜观察试样的显微组织。单向拉伸试验按照GB/T 3246.1 - 2000进行试样制备，在DNS200电子万能试验机上测试5052铝合金板材的力学性能。杯突试验按照GB/T 4156 - 2007制备试样并在GBS-60B数显自动杯突试验机上进行。筒形件拉深试验采用自制简易拉深模具，模具结构参数如表2，由DNS200万能试验机提供压力。拉深试样的制备采用线切割机将板料切割成不同直径的圆形坯料。

2  结果与分析

2.1显微组织

 图1为5052铝合金板在不同退火温度保温1 h的显微组织。经300℃退火处理后，铝合金板料显微组织中出现再结晶组织。随着温度的升高，再结晶继续进行，当温度升高到340℃时，显微组织呈现均匀等轴的完全再结晶状态。随着温度的继续升高，晶粒有长大的趋势。图2为5052铝合金板材340℃不同保温时间退火的显微组织。保温0.5 h时出现一些小的再结晶晶粒。保温1h时再结晶完成，呈现均匀等轴的晶粒。随着保温时间的延长，晶粒慢慢长大。

2.2力学性能

 图3为退火温度对5052铝合金板力学性能的影响。从图3中可以看出抗拉强度随温度的升高而降低，在340℃抗拉强度为181.3 N／mm2，此后随退火温度升高抗拉强度趋于平稳。伸长率随温度的升高而升高，到340℃时伸长率达到22. 36%，是原始板材伸长率的1.8倍。当退火温度超过340℃时板料的抗拉强度和伸长率都达到相对稳定的状态。与前面分析的不同退火温度对显微组织影响的变化规律相对应。

 在退火温度为340℃时，分析不同保温时间对力学性能的影响。图4为保温时间对5052铝合金板力学性能的影。从图4看出，随着保温时间的延长，抗拉强度略有减小，伸长率略有增加，力学性能变化并不明显。与前面分析的不同退火保温时间对显微组织影响的变化规律相对应。

 未经过退火处理的铝合金板材拉伸断口形貌如图5a，宏观形貌没有明显塑性变形，断口平整，微观形貌中有明显河流花样，属于脆性断裂；经340℃保温1 h再结晶退火处理后的拉伸断口形貌如图5b,断口均呈现典型的韧窝断裂特征。韧窝大小和分布均匀、韧窝较大而且深。这与其伸长率较高相对应，说明经退火处理后铝合金板的塑性变形能力大大提高。

2.3成形性能

 不同温度保温1h再结晶退火后板料的杯突值如图6a。从图6a看出，随着温度的升高，铝合金板的杯突值随温度的升高而增加，在340℃后杯突值增加缓慢。5052铝合金板材340℃不同保温时间退火后的杯突值如图6b。铝合金板材的杯突值随保温时间的延长变化不明显。这与前面分析的显微组织和力学性能规律相对应。

 没有经过退火处理的板材塑性较差，直径为60mm的试样拉深到5 mm时即出现拉裂。直径为60mm、70 mm、80 mm的5052铝合金圆形板料经340℃保温1h再结晶退火处理后拉深的筒形件如图7所示。可见，由于退火后的塑性明显提高，在室温下5052铝合金板的极限拉深比可达到2。

3  结  论

 5052铝合金板经340℃、保温1h再结晶退火处理后，显微组织呈现均匀等轴晶粒，抗拉强度达到181 N／mm2，伸长率达到22. 36%，杯突值为7.59mm，极限拉深比可达2。显微组织、力学性能和成形性能的配合较好。不但能满足深加工变形的性能要求，也提高板材的生产效率并节约成本。