退火制度對5052鋁合金組織和性能的影響

楊直達

（天津忠旺科技有限公司，天津 301700）

5052鋁合金是一種典型的5系鋁合金，因其良好的可加工性能、中等的強度和相對的價格低廉性被廣泛應用于船舶制造、交通運輸、建筑等行業(yè)。5052鋁合金屬于不可熱處理強化鋁合金，其主要的強化方式是固溶強化和形變強化。固溶強化主要依靠合金中添加的Mg元素，Mg元素與基體元素形成β相，起到一定的固溶強化作用，但是強化效果有限，因此，5052鋁合金的主要強化手段是加工硬化，即通過對熱軋后的鋁合金板材進行一定變形量的冷軋，使位錯進行增值纏結，從而提到材料的強度。

5052鋁合金在實際使用中，對合金本身的組織及韌性有一定的要求，板材的韌性與內部合理的組織結構能夠保證材料具有良好的沖壓、折彎和表面形貌。加工硬化后的鋁合金，延伸率變差，組織結構不均勻，因此需要對其進行一定的退火，使材料的組織及性能達到使用要求。本文通過對冷軋后的5052鋁合金板材進行不同溫度及時間的退火，研究了退火制度對其組織和性能的影響。

1 試驗材料

本次試驗材料采用的使標準成分的5052鋁合金，具體的板材化學成分如表1所示。

表1 5052鋁合金的化學成分

5052合金冷軋板的主要生產流程：熔煉-鑄造-鋸切-銑面-加熱-熱軋-冷軋。其中5052鋁合金的熱軋下線的厚度為4.0mm，之后進行冷軋，冷軋加工變形量為61.3%，最后成品厚度為1.55mm，冷軋板性能如表2所示。

表2 5052鋁合金1.55mm厚力學性能

2 試驗方法

本文主要研究不同退火制度對5052鋁合金的組織和性能的影響，因此設置不同的退火溫度，選定200℃～500℃，每隔20℃為退火溫度，同時每個溫度下設定不同保溫時間觀察期對合金性能的影響，選定時間為2h和8h。利用金相顯微鏡對5052冷軋板及退火后的晶粒組織進行觀察，利用拉伸試驗機對5052冷軋板及退火后的試樣進行力學性能測試。

3 試驗結果及分析

（1）不同退火制度下的力學性能。5052鋁合金的力學性能如表3所示，其中括號外的數(shù)字為不同退火溫度保溫時間為2h下的力學性能，括號內的數(shù)字為不同退火溫度保溫時間8h下的力學性能。

表3 5052鋁合金不同退火溫度的力學性能

從表2和表3中可以看出，相對于冷軋后的力學性能，板材經過退火后，抗拉強度和屈服強度下降，延伸率升高。從表3中可以看出，在退火保溫時間均為2h的情況下，退火溫度從200℃～260℃過程中，隨著退火溫度的升高，抗拉強度和屈服強度降低，延伸率升高，材料強度的下降和韌性的升高過程較為均勻。

退火溫度從260℃～300℃過程中，同樣隨著溫度的提高，強度降低，延伸率升高，但是強度呈現(xiàn)巨幅的下滑，延伸率的提高也較大；在300℃～500℃過程中，隨著退火溫度的升高，5052鋁合金的強度和延伸率基本不再發(fā)生變化。從表3中保溫2h和保溫8h的力學性能中可以看出，在相同退火溫度下，隨著退火時間的增加，合金的強度有所下降，延伸率略微升高，但都基本變化不大，退火時間的延長對材料的性能基本無影響。

（2）不同退火制度下的晶粒組織形貌。圖1為冷軋態(tài)5052鋁合金的晶粒組織形貌，從中可以看出，5052鋁合金經過冷軋后，晶?；境尸F(xiàn)長條狀，整體組織狀態(tài)為纖維狀組織。

圖1 5052鋁合金冷軋板組織

經過觀察發(fā)現(xiàn)，退火時間對合金晶粒組織形貌基本無影響，因此選取保溫2h下的一部分晶粒組織為典型形貌，如圖2所示。圖2為200℃～500℃退火的典型組織形貌圖，從圖2（a）中可以看出，200℃退火條件下，晶粒組織形貌和冷軋板材基本一致，組織基本為纖維狀，合金相較于冷軋態(tài)鋁合金發(fā)生了回復，導致合金的強度下降，延伸率升高。

圖2（b）為260℃退火下的晶粒組織形貌，可以看出，在此溫度下，合金板材已經發(fā)生了部分再結晶，但是由于驅動力較弱，并未發(fā)生完全再結晶。圖2（c）為320℃退火溫度下板材的晶粒形貌，可以看出，此時鋁合金已經發(fā)生了完全再結晶，晶粒為等軸晶粒，均勻的分布于板材中。圖2（d）為500℃下的晶粒形貌，相較于320℃退火，500℃退火下，5052合金板材的等軸晶粒發(fā)生了長大，但是晶粒尺寸沒有較大的變化，晶粒的長大導致合金強度略微下降，但是整體影響不大。

圖2 典型熱處理組織形貌（a）200℃（b）260℃（c）320℃（d）500℃

4 總結

（1）5052鋁合金冷軋板退火后，材料的強度下降，延伸率升高。退火制度對其性能的影響表現(xiàn)為：隨著退火溫度的提高，強度降低，延伸率升高；退火時間的長短對合金力學性能的影響不大。

（2）經過60%左右冷軋變形量的5052鋁合金板材的開始再結晶溫度為260℃，再結晶過程中合金由纖維狀組織向等軸晶粒轉變，再結晶前后的力學性能差異性較大。