2A12鋁合金薄板組織與性能研究

周 勁，張 戩，滕明和

（西南鋁業(yè)（集團）有限責(zé)任公司，重慶401326）

0 前言

2A12 鋁合金是一種典型的時效硬化型Al-Cu-Mg 系可熱處理強化型鋁合金，具有較高的強度、較好的斷裂韌性和疲勞性能、優(yōu)良的高溫蠕變抗力以及良好的壓力加工性能，是工業(yè)中使用最廣泛的鋁合金之一[1]。2A12鋁合金大多在自然時效狀態(tài)下使用，合金的強韌性匹配較好，多用作各類高強度結(jié)構(gòu)件[2]。

本文針對2A12 鋁合金熱軋與冷軋薄板開展全退火狀態(tài)（O態(tài)）、自然時效狀態(tài)（T42態(tài)）的組織形貌和力學(xué)性能研究，為不同使用條件下選材提供理論和實驗依據(jù)。

1 實驗材料與方法

實驗選用兩種Cu含量存在明顯差異的2A12合金薄板，其化學(xué)成分見表1。在本實驗中，我們采用A、B 兩種成分的鑄塊經(jīng)492～498 ℃×18 h 均熱處理后，分別熱軋至5.0 mm 厚和冷軋至2.0 mm 厚的板材作為實驗用料。

表1 2A12合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

2 試驗結(jié)果與分析

將A、B 兩種成分的2A12 鑄錠分別熱軋至厚度為5.0 mm 的卷材，重量為3 t 左右。將其一起裝入箱式爐，采用定溫475～485 ℃加熱4 h+轉(zhuǎn)定溫415～425 ℃加熱4 h 方式進行退火，然后在卷材相同區(qū)域位置剪切取樣，進行第二相組織形貌分析。分析結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖1 A成分5 mm熱軋板材O態(tài)第二相組織形貌

圖2 B成分5 mm熱軋板材O態(tài)第二相組織形貌

對A、B兩種成分合金的5.0 mm熱軋板進行組織形貌分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種成分的O態(tài)組織為明顯的纖維組織，未完全轉(zhuǎn)變?yōu)樵俳Y(jié)晶組織，其加工硬化對組織的影響并未完全消除。其金相組織中尺寸較大的組分相為Al、Cu、 Fe、Si 等原子組成的Al12Fe3Si、Al7Cu2Fe 和Al6（Fe，Cu） 等 相 的 混 合物；尺寸較小的組分相為Al2Cu 和Al2CuMg 相[3]。B成分中的小顆粒組分相Al2Cu和Al2CuMg明顯多于A成分，且分布狀況也比A成分均勻一些。

對A、B 兩種成分合金5.0 mm 熱軋板片采用495～498 ℃固溶+自然時效（室溫靜置96 h）方式進行T42 態(tài)處理，并對T42 態(tài)樣品第二相組織形貌進行分析。分析結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 A成分5 mm熱軋板材T42態(tài)第二相組織形貌

圖4 B成分5mm熱軋板材T42態(tài)第二相組織形貌

A、B 兩種成分合金5 mm 熱軋板片的T42 態(tài)樣品的金相組織分析結(jié)果表明，B成分第二相顆粒數(shù)量更多。使用IPP軟件對第二相定量分析，統(tǒng)計白色第二相，篩選條件為平均直徑大于0.5 μm。A成分第二相含量為1.28±0.42；B 成分第二相含量為1.46±0.37。5 mm 熱軋板材T42 狀態(tài)下，B 成分的第二相含量高于A 成分。從圖3 和圖4 可以看出，兩種成分的組織顆粒分布不均勻，但B成分的板條狀顆粒相對要多一些，板條狀顆粒為Al2CuMg相（S相）[4]。Al2CuMg強化相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對強度提升起關(guān)鍵性作用。

對A、B 兩種成分合金5.0 mm 熱軋板片的O 態(tài)、T42 態(tài)力學(xué)性能進行檢測，檢測結(jié)果如表2所示。

表2 5.0 mm熱軋板材O態(tài)和T42態(tài)力學(xué)性能

從表2 可以看出，在相同淬火溫度下，A、B兩種成分的力學(xué)性能值均滿足GB/T 3880.2-2012標(biāo)準(zhǔn)要求，但是B成分板材T42狀態(tài)的抗拉強度高于A成分的，其主要原因是B成分合金中Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于A成分合金的[5]。

將兩種化學(xué)成分的厚2.0 mm、重2.5 t左右的冷軋卷材采用定溫475～485 ℃加熱4 h+轉(zhuǎn)定溫415～425 ℃加熱4 h 方式進行退火后，在卷材相同區(qū)域部位剪切取樣，進行晶粒形貌分析和第二相含量統(tǒng)計分析。圖5和圖6分別為A、B兩種合金O態(tài)下的第二相形貌情況。

圖5 A成分2.0 mm冷軋板材O態(tài)第二相組織形貌

圖6 B成分2.0 mm冷軋板材O態(tài)第二相組織形貌

A、B兩種成分合金2.0 mm冷軋板材O態(tài)第二相的組織形貌分析結(jié)果表明，兩種成分的O態(tài)組織均為再結(jié)晶組織，與5.0 mm熱軋板材的纖維狀組織明顯不同，這表明冷軋變形有利于再結(jié)晶組織的形成。

將兩種成分合金2.0 mm 冷軋板片采用495～498 ℃固溶+自然時效（室溫靜置96 h）方式進行T42 態(tài)處理，并對T42 態(tài)樣品進行第二相分析，結(jié)果如圖7和圖8所示。

圖7 A成分2.0 mm冷軋板材T42態(tài)第二相組織形貌

圖8 B成分2.0 mm冷軋板材T42態(tài)第二相組織形貌

對A、B兩種成分合金冷軋2 mm板片的T42態(tài)樣品進行金相組織分析和第二相定量分析，篩選條件為平均直徑大于0.5 μm。A 成分第二相含量為1.64±0.44；B成分第二相含量為1.85±0.31；2 mm冷軋板材B成分的第二相含量高于A成分。

對A、B 兩種成分合金2.0 mm 冷軋板片的O態(tài)、T42態(tài)力學(xué)性能進行檢測，檢測結(jié)果見表3。

表3 2.0 mm冷軋板材O態(tài)和T42態(tài)力學(xué)性能

從表3 可以看出，A、B 兩種成分合金2.0 mm冷軋薄板的T42 態(tài)性能值均滿足GB/T 3880.2-2012標(biāo)準(zhǔn)值，但B成分的屈服強度和抗拉強度明顯優(yōu)于A成分。其主要原因為B成分合金中的Cu含量高于A 成分，導(dǎo)致B 成分第二相強化顆粒數(shù)量多于A 成分。

3 結(jié)論

（1）在相同熱處理退火制度下，5.0 mm熱軋板材為纖維狀組織，而2.0 mm冷軋板材為再結(jié)晶組織，即冷軋變形有利于完全退火再結(jié)晶組織的形成。

（2）在相同熱處理制度下，B成分板材T42狀態(tài)下的力學(xué)性能高于A成分。其主要原因是B成分合金中Cu 含量高于A 成分，這有利于強化相的形成，有利于抗拉強度的提升。

（3）A、B 兩種成分生產(chǎn)的2A12-O 板材均能滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求下O 態(tài)及T42 態(tài)的力學(xué)性能值。因此，根據(jù)用戶的不同需求，選擇不同Cu 含量的化學(xué)成分進行生產(chǎn)是可行的。對于某些2A12 產(chǎn)品而言，降低Cu 含量組織生產(chǎn)可有效降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本。