冷變形對(duì)5052鋁合金板材力學(xué)性能及制耳率的影響

曾招芬， 齊文剛， 趙富有， 康躍民， 王雪萍， 張 義

(1. 忠旺(營(yíng)口)高精鋁業(yè)有限公司， 遼寧 營(yíng)口 115003；2. 天津忠旺鋁業(yè)有限公司， 天津 301700)

罐用鋁材是近十幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類高性能材料，主要有易拉罐和壓力罐(或稱氣霧罐、噴霧罐)用鋁材[1-2]。其中噴霧罐是一類特殊的商品包裝，是用于盛裝壓縮、液化或加壓溶解氣體的容器[3]。5×××系A(chǔ)l-Mg合金具有密度低，比強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)，能夠滿足噴霧罐強(qiáng)度、深沖等方面的要求，同時(shí)5×××系A(chǔ)l-Mg合金價(jià)格便宜，能夠降低企業(yè)成本，因而在噴霧罐用材料中成為首選[4]。

制耳率是噴霧罐用鋁合金的重要性能，制耳率越小，產(chǎn)品利用率越高。研究表明，軋制與再結(jié)晶織構(gòu)對(duì)鋁合金薄板的塑性各向異性有著重要的影響[5-8]。冷變形程度越大，45°方向的制耳越明顯，對(duì)冷軋板進(jìn)行退火時(shí)，由冷變形形成的織構(gòu)會(huì)向立方織構(gòu)轉(zhuǎn)化，從而增加0°和90°方向的制耳[9-11]。當(dāng)材料內(nèi)部的變形織構(gòu)和立方織構(gòu)達(dá)到某一比例時(shí)，制耳率較小。本文通過(guò)對(duì)5052鋁合金進(jìn)行冷加工變形以及每道次再結(jié)晶退火，分析合金力學(xué)性能及制耳率與冷加工變形率之間的關(guān)系，為優(yōu)化噴霧罐用5052鋁合金板材的制造工藝提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

本試驗(yàn)采用5052鋁合金鑄錠，化學(xué)成分如表1所示。5052鋁合金鑄錠采用Wagstaff扁錠鑄造技術(shù)鑄造而成，其規(guī)格為630 mm×1800 mm×7000 mm。對(duì)鑄錠進(jìn)行560 ℃×8 h均勻化處理，然后進(jìn)行熱軋。熱軋加熱制度為480 ℃×3 h，熱軋坯料厚3 mm，終軋溫度(320±10) ℃。熱軋坯料冷卻至室溫后，送至冷軋。冷軋道次分配為：3 mm→2.1 mm→1.55 mm→1.15 mm→0.86 mm→0.64 mm→0.48 mm。每道次軋制后取2批試樣，1批試樣進(jìn)行300 ℃×2 h再結(jié)晶退火，為退火板，1批試樣不進(jìn)行退火，為冷軋板。取樣方向?yàn)檐埾?0°)、垂直軋向(90°)及軋向的45°方向，取樣方向如圖1所示。采用拉伸試驗(yàn)機(jī)、光學(xué)顯微鏡及制耳率測(cè)試儀分別測(cè)試試樣3個(gè)方向的力學(xué)性能、晶粒尺寸及制耳率。

表1 5052鋁合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

圖1 取樣方向示意圖Fig.1 Schematic diagram of sampling direction

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 冷變形率對(duì)冷軋板力學(xué)性能的影響

圖2為冷軋每道次取樣的冷軋板的強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率隨冷變形率增加的變化曲線?？梢钥闯?，3個(gè)方向的屈服強(qiáng)度幾乎沒(méi)有區(qū)別，但是3個(gè)方向的抗拉強(qiáng)度差別較大，90°方向的抗拉強(qiáng)度最高，45°的次之，0°的最低，差值在3～10 MPa。伸長(zhǎng)率隨冷變形率的增加逐漸減小。

圖2 5052鋁合金冷軋板力學(xué)性能與冷變形率的關(guān)系Fig.2 Relationship between mechanical properties of the 5052 aluminum alloy cold-rolled sheet and cold deformation rate

隨著冷軋變形率的增加，強(qiáng)度近似線性增加，10%的變形量引起的抗拉強(qiáng)度的變化約為20 MPa，屈服強(qiáng)度的變化約為15 MPa。屈服強(qiáng)度和冷變形率的關(guān)系如式(1)所示：

Y=181.14+1.525X

(1)

式中：Y為屈服強(qiáng)度；X為冷變形率。

2.2 冷變形率對(duì)退火板晶粒尺寸及力學(xué)性能的影響

冷軋板再結(jié)晶退火后，晶粒尺寸隨變形量的增加近似線性減小，如圖3所示，且抗拉強(qiáng)度在3個(gè)方向上也不相同，0°的最高，45°和90°方向上抗拉強(qiáng)度基本相同。屈服強(qiáng)度也是類似的規(guī)律，但屈服強(qiáng)度和晶粒尺寸近似為線性關(guān)系。退火板晶粒尺寸和冷變形率及屈服強(qiáng)度的關(guān)系為：

G=43.88-0.343X

(2)

YO=127.45-1.592G

(3)

圖3 5052鋁合金退火板晶粒尺寸和冷變形率及強(qiáng)度的關(guān)系Fig.3 Relationship between grain size of the 5052 aluminum alloy annealed sheet and cold deformation rate and strength

式中：G為晶粒尺寸；X為冷變形率；YO為再結(jié)晶退火后的屈服強(qiáng)度。

圖4為退火板屈強(qiáng)比和冷變形率的關(guān)系，可見(jiàn)3個(gè)方向的屈強(qiáng)比基本上相同，去除第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，其他均呈線性關(guān)系，其關(guān)系如式(4)所示：

Z=0.0032X+0.258

(4)

式中：Z為屈強(qiáng)比；X為冷變形率。

圖4 5052鋁合金退火板屈強(qiáng)比與冷變形率的關(guān)系Fig.4 Relationship between yield ratio of the 5052 aluminum alloy annealed sheet and cold deformation rate

2.3 冷變形率對(duì)退火板制耳率及平面各向異性的影響

從圖5可以看出，隨著冷變形率的增加，平面各向異性指數(shù)Δr先減小后增加，在70%冷變形率時(shí)最小。整體制耳率均小于2%，隨著冷變形率的增加先減小后增加?？傮w來(lái)說(shuō)，冷變形率在50%～60%時(shí)，退火板制耳率和Δr值均較小。

圖5 5052鋁合金退火板制耳率及平面各向異性指數(shù)Δr與冷變形率的關(guān)系Fig.5 Relationship between the earing rate and the plane anisotropy index Δr of the 5052 aluminum alloy annealed sheet and cold deformation rate

3 結(jié)論

1) 5052鋁合金板材冷變形過(guò)程，冷軋板屈服強(qiáng)度(Y)和冷變形率(X)的關(guān)系為：Y=181.14+1.525X。

2) 5052鋁合金冷軋板，經(jīng)再結(jié)晶退火后，退火板晶粒尺寸(G)和冷變形率(X)的關(guān)系為：G=43.88-0.343X；屈服強(qiáng)度(YO)和晶粒尺寸的關(guān)系為：YO=127.45-1.592G；屈強(qiáng)比(Z)和冷變形率的關(guān)系為：Z=0.0032X+0.258。

3) 冷變形率在50%～60%時(shí)，5052鋁合金退火板的制耳率和平面各向異性指數(shù)Δr值均較小。