退火工艺对5083铝合金热轧板组织性能的影响

 赵启忠，宋丰轩，何建贤，黄  颖

 （广西南南铝加工有限公司，广西南宁530031）

摘要：铝合金板材在热轧制过程中温度较高，在一定程度上等同于板材的退火处理，但是并没有达到完全退火状态。经过试验研究，5083铝合金热轧板在经过不同温度退火后，对板材进行力学性能和显微组织检测分析，研究其变化规律，确定热轧态板材的后续退火工艺制度；热轧终轧温度为320qC的5083铝合金热轧板，需要在500℃~ 550℃范围内退火才能达到最佳0态组织和性能。

关键词：5083铝合金；热轧板；退火工艺

中图分类号：TG166.3  文章编号：1007 - 7235（2016）04 - 0029 - 04

 5083属于Al-Mg系高镁铝合金，不可热处理强化，是典型的防锈铝合金，同时还具有较高的强度、良好的塑性及加工性，其综合性能优良。该合金板材广泛应用于航空航天、模具制造业、造船业、运输业，是制备航空航天结构件、模具、船板、船外壳、燃料储存罐等的重要材料。随着经济的发展，其应用领域越来越广泛，且需求量与日俱增。

 结合生产实际，系统地研究了不同退火温度对5083铝合金热轧板材组织与性能的影响。

1  试验过程

 试验材料选自我公司生产的某批次5083铝合金热轧板材，研究内容均针对本批次板材其热轧终轧温度320℃。将板材分为若干组，一组不退火，其他组退火温度为250℃~ 600℃，每50℃分为一组，编号分别为A、B、C、D、E……；其化学成分和退火温度如表1和表2。板材生产工艺流程：熔炼→铸造→均匀化→锯切→铣面→预热→热轧。采用600mm厚的铸锭，经420℃2 h+ 510℃10 h双级均匀化处理，预热至510℃2h后轧到成品厚度8 mm,再从成品板上切取部分样品用于退火试验；在300 k N万能材料试验机MTS CMT5305上进行拉伸检测；选取各组试样加工为金相样品，经砂纸打磨、研磨抛光后再用高氯酸乙醇进行电解抛光，磷酸试剂腐蚀，氟硼酸进行覆膜，在蔡司金相显微镜上观察其显微组织变化情况。

 所取样品经分组，每组三个样品，在高温退火炉（温度差为±3℃）进行退火，升温速率60℃/h，保温3h，随炉冷却。

2  试验结果与分析

2.1  退火温度对力学性能的影响

 经过不同温度退火处理后，对每组试样进行拉伸性能检测，每组试样取平均值作图，检测结果如图1。

 热轧板终轧温度320℃，屈服强度185 N／mm2，抗拉强度335 N／mm2，伸长率20%，其性能已达到国标GB/T 3880.2 - 2012要求的0态性能指标。但是强度相对较高，伸长率也不是特别优异，因此需要进一步优化其性能。

 从图1可看出，250℃～450℃退火试样屈服强度和抗拉强度随退火温度升高而逐渐减小，但是变化缓慢，从450℃到500℃发生突变，强度急剧减小，到550℃后趋于稳定，但是进入600℃后又再次发生突变，其强度低于国标0态的最低值；而250℃~450℃退火试样的伸长率随退火温度升高而逐渐增大，在450℃到500℃发生一次突变，伸长率达到30%左右，500℃~550℃变化不大，但略有增加，从550℃到600℃也再次发生突变，其伸长率急剧减小，伸长率只有12%。

2.2退火温度对显微组织的影响

 分别对不同温度退火后试样的显微组织进行观察，其芯部偏光组织和金相显微组织变化如图2、图3和图4所示。

从图2中可看出，未退火试样芯部组织为明显纤维状组织，而边部组织已经发生部分再结晶，从芯部到表层部，组织从纤维状渐变到再结晶组织。热轧成品不同于冷轧冷加工硬化，板材在热轧过程中，变形不均匀，板材靠近表面部分变形量大，切变量大导致应变能高，再结晶驱动力大，在一定温度时，本试验热轧板轧制过程终轧温度高(320℃)，边部晶粒零碎细小，达到再结晶所需外界驱动力小，使得表面层发生部分再结晶，所以靠近表面为部分再结晶组织；而芯部由于变形量较小，晶粒相对较大且呈长条纤维状，再结晶所需外界驱动力较大，所以本试验热轧成品时终轧320℃不能引起芯部再结晶或只有少量组织发生再结晶，芯部一直保持长条状纤维组织。

 从图2热轧态偏光组织看出，芯表组织差异大，因此在本试验中主要研究板材芯部组织随退火温度的变化情况。

 从图3看出，随着退火温度升高，纤维状晶粒组织有缓慢增大的趋势，但直到450℃时变化都不大，而到500℃时，纤维状组织明显地变粗大，550℃后发生完全再结晶，晶粒基本为拉长的再结晶组织；600℃退火时，晶粒已经完全发生改变，为规则晶粒组织，且晶粒尺寸大，从图4中金相照片看出在600℃时已经明显发生过烧（图4c）。

 热轧板在轧制过程中，位错密度继续增加，内部锗存能也继续增加，原晶界的某一段突然弓出，深入至畸变大的相邻晶粒，在推进的这部分中，形变贮能完全消失，形成新晶核，轧制温度较高时，随着变形量的增加，板材部分晶粒尤其是靠近表面部分已经发生动态再结晶（如图2），若需进一步发生再结晶则需要更大的驱动力，这就需要更高的退火温度才

能驱使原有组织进一步再结晶；随着退火温度增加，板材性能发生渐变，晶粒组织也逐渐发生再结晶，直至450℃退火，性能和组织都变化缓慢，进入500℃后板材组织和性能才发生明显转变，550℃退火时发生完全再结晶，伸长率达到最大31%，600℃时，力学性能异常，晶粒异常长大，金相组织出现明显过烧组织（晶界变宽粗大，三角晶界处复熔）。

 冷轧板会出现明显再结晶温度转折点，一般在280℃左右发生再结晶，本试验热轧终轧温度达到320℃，其板材没有明显再结晶温度点，如需获得更优异的性能及更好的再结晶组织，需要进行高温退火处理。

3  结论

 1) 5083铝合金热轧板材终轧温度320℃时，板材已经发生部分再结晶，芯部为纤维状组织，表面层为部分再结晶组织。

 2)终轧温度320℃的热轧板无明显再结晶温度点，经过500℃～550℃高温退火才能获得性能更优异的0态板材。