6、7、8mm厚1040-o合金板材工藝試驗(yàn)

523系列中最重要的系列元素是鎂，并添加少量mn、cr、ti等合金元素。它具有中等強(qiáng)度、良好的耐腐蝕性和焊接性，廣泛應(yīng)用于船舶、汽車、飛機(jī)焊接、地鐵輕軌、壓力容器（液體罐車、冷藏車、冷藏盒等）等領(lǐng)域。隨著汽車輕量化進(jìn)程的推進(jìn),高性能鋁合金材料已經(jīng)開始逐步代替鋼材應(yīng)用于汽車行業(yè),這也將是汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。特種汽車廠家需求的鋁合金熱軋板材主要為5083合金,厚度為6、7、8mm三種規(guī)格,寬度2000mm左右,產(chǎn)品主要用于罐體車的殼體,部分結(jié)構(gòu)件等。此類產(chǎn)品在特種汽車廠家后續(xù)生產(chǎn)過程中要進(jìn)行旋邊及90°折彎,且彎曲半徑接近于0,這與國(guó)標(biāo)要求彎曲半徑1.5t相差很大,對(duì)材料折彎性能要求更高。傳統(tǒng)5083-O板材,力學(xué)性能雖然能夠滿足GB/T3880的要求,但用戶在后續(xù)使用過程中,經(jīng)常出現(xiàn)折彎開裂問題,本文將通過調(diào)整5083合金的化學(xué)成分,在不同退火溫度下進(jìn)行退火試驗(yàn),并研究材料的顯微組織,找出合適的生產(chǎn)工藝。1.15綜合卷材的制備選用規(guī)格為640mm×2130mm×3500/5800mm連續(xù)鑄造的5083合金鑄錠,經(jīng)1+1熱軋機(jī)組軋制成6、7、8mm厚合金卷材后開平。具體工藝流程為:鑄錠熔鑄→鑄錠銑面→鑄錠加熱→熱粗軋→熱精軋卷取→橫剪開平→板材退火→板材鋸切(取樣)→成品檢驗(yàn)→包裝交貨。1.2生產(chǎn)工藝及試驗(yàn)設(shè)備本次試驗(yàn)選擇折彎開裂傾向更大的8mm板材進(jìn)行試驗(yàn),通過調(diào)整5083合金中Mg、Mn、Cr等合金元素的含量,同時(shí)在不同溫度下進(jìn)行退火試驗(yàn),再取樣做性能,尋找出合適的生產(chǎn)工藝,解決5083板材折彎開裂問題。方案一:降低Mg含量,Mg含量由4.3%~4.6%調(diào)整為4.15%~4.35%;方案二:降低Mn、Cr含量,Mn含量由0.7%~0.9%調(diào)整為0.5%~0.6%,Cr含量由0.1%~0.2%調(diào)整為0.05%~0.10%,具體化學(xué)成分如表1所示。其它條件不變,金屬溫度從240℃到370℃進(jìn)行退火試驗(yàn),試驗(yàn)溫度間隔為10℃,每個(gè)溫度試驗(yàn)4個(gè)試樣(兩用兩備),保溫時(shí)間為金屬到溫后保溫2h,出爐后空冷。具體試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果如表2所示。2試驗(yàn)結(jié)果的分析2.1加工溫度對(duì)材料晶粒組織的影響根據(jù)表2中方案一的試驗(yàn)結(jié)果,可繪制出5083軟化曲線如圖1所示,從該曲線可以看出:金屬溫度達(dá)到330~340℃時(shí)保溫2h,材料的強(qiáng)度及延伸率指標(biāo)可以滿足特種汽車使用標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)根據(jù)表2中折彎結(jié)果分析,方案一中板材經(jīng)過370℃退火后折彎仍然開裂,說明在調(diào)整Mg含量的基礎(chǔ)上,僅靠提高退火溫度無法達(dá)到彎曲半徑接近于0時(shí)90°折彎不開裂的要求。根據(jù)圖1中曲線的幾個(gè)拐點(diǎn),選取不同溫度段退火試樣做金相,圖2為100倍偏光組織照片。由偏光圖可看出,5083合金帶材熱軋至8.0mm厚度時(shí),由于終軋溫度低(約280℃),材料內(nèi)部晶粒呈現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)的纖維狀。240~270℃時(shí),偏光圖顯示為變形織構(gòu)和少量初見形核的再結(jié)晶,當(dāng)退火溫度達(dá)到330~350℃時(shí),原細(xì)長(zhǎng)的纖維狀變形織構(gòu)晶粒已逐漸被新的細(xì)小的等軸晶粒替代,形成均勻細(xì)小的再結(jié)晶組織,晶粒存在輕微長(zhǎng)大趨勢(shì),但仍均勻細(xì)小。當(dāng)退火溫度升高到350℃以上時(shí),其晶粒不再出現(xiàn)長(zhǎng)大現(xiàn)象,此時(shí)材料內(nèi)部發(fā)生了第二相質(zhì)點(diǎn)(Mn,Fe)Al6和Mg2Al3析出,并分布于晶內(nèi)及晶界,這些第二相質(zhì)點(diǎn)嚴(yán)重阻礙了位錯(cuò)和晶界的遷移,阻止晶粒長(zhǎng)大,形成細(xì)小的再結(jié)晶晶粒,同時(shí)也起著彌散強(qiáng)化的作用,并具有較高的變形抗力,這也是5083合金在退火狀態(tài)可保持較高強(qiáng)度的原因。2.2mn、cr含量對(duì)我國(guó)不裂斷法性能的影響針對(duì)方案一與方案二進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),分析降低Mg含量與降低Mn、Cr含量對(duì)板材退火性能的影響,見圖3。從圖3可以看出,降低Mg含量,能適當(dāng)?shù)慕档桶宀膹?qiáng)度,對(duì)板材的折彎性能也有所改善,但退火后板材強(qiáng)度仍較大無法滿足折彎不裂的要求。降低Mn、Cr含量,能有效改善板材退火性能,基本能解決折彎開裂問題,如圖4所示。但個(gè)別試樣仍存在局部開裂問題,原因本文后面分析說明。5083合金中的Mg主要以固溶狀態(tài)和β相存在,由于析出形核困難,核心少且析出相粗大,通常5083合金在鑄造時(shí)都會(huì)加入Mn和Cr,以提高合金的再結(jié)晶溫度,阻止晶粒粗化,并使合金強(qiáng)度略有提高,同時(shí)提高基體金屬和焊縫強(qiáng)度,減少焊接熱裂傾向,提高耐應(yīng)力腐蝕性能。但由于特種汽車用板材除了要求高強(qiáng)度外,對(duì)材料的折彎性能要求更高。當(dāng)Mn、Cr含量過高時(shí),材料的再結(jié)晶溫度過高,退火時(shí)再結(jié)晶困難,影響材料折彎性能。適當(dāng)降低5083合金中Mn和Cr的含量,可有效降低材料的再結(jié)晶溫度,改善材料的退火性能。2.3組織分析與分析從表2可以看出,方案二試驗(yàn)中,退火溫度在330~370℃之間時(shí),有個(gè)別試樣在折彎過程中仍出現(xiàn)局部開裂現(xiàn)象。為分析局部開裂產(chǎn)生原因,分別從開裂試樣及不開裂試樣折彎處取樣做金相顯微組織分析(圖5)。從圖5(a)可以看出,未開裂試樣組織為均勻的完全再結(jié)晶組織,晶粒大小均勻,因此具有高強(qiáng)度的同時(shí)也有良好的塑性;圖5(b)為局部開裂處組織,從圖中可以看出,其組織也是完全再結(jié)晶組織,基體整體為均勻組織,但存在粗大化合物,尺寸約為50um。在板材折彎過程中,由于彎曲半徑很小,板材外側(cè)局部塑性變形大,此時(shí)如內(nèi)部組織中存在粗大化合物,會(huì)造成局部應(yīng)力集中,從而出現(xiàn)了局部開裂現(xiàn)象。粗大化合物產(chǎn)生原因主要為熔鑄過程中熔體質(zhì)量差,熔鑄工序使用廢料過多,除渣不徹底等。因此生產(chǎn)特種汽車用5083合金板材,熔體質(zhì)量尤為關(guān)鍵,其中廢料使用比例對(duì)熔體影響較大,通過多次與上游熔鑄廠家聯(lián)合試驗(yàn),鑄錠熔鑄工序使用廢料比例不大于20%,其余使用小鋁錠或鋁水,能有效的減少5083合金組織中粗大化合物。3化學(xué)成分確定1)通過提高退火溫度,材料塑性能得到一定程度的改善,但無法滿足彎曲半徑為0的折彎要求,而降低5083合金中Mg含量,材料整體強(qiáng)度有所下降,但退火后塑性變化不明顯,折彎仍出現(xiàn)開裂現(xiàn)象;2)降低5083合金中Mn、Cr含量,可降低材料的再結(jié)晶溫度,能有效改善5083合金板材的退火性能,解決板材折彎開裂問題?；瘜W(xué)成分選擇:Mn含量0.5%~0