鋁合金中溫釬焊材料的突破

摘要：本文簡要闡述了0.8mm厚5052-H32鋁合金板材工藝試驗過程。該試驗采用半連續(xù)鑄造鋁合金扁錠，經(jīng)熱軋、冷軋生產(chǎn)拉桿旅行箱包用5052H32鋁板材，對材料組織和性能等試驗指標分析，確定成品退火制度，生產(chǎn)出滿足客戶力學性能和折彎要求的5052H32鋁合金板材。

5052鋁合金是5系合金中的典型合金，主要元素為鎂，并添加少量的Mn、Cr、Ti等合金元素，屬于熱處理不可強化鋁合金，具有中等強度、良好的塑性、抗蝕性、可焊性和易于加工成形等特點，廣泛用于石油化工行業(yè)、建筑行業(yè)、交通運輸行業(yè)及電子通訊行業(yè)等。隨著生活水平的提高和旅行用具輕量化的發(fā)展，拉桿旅行箱包用鋁材需求逐漸增多。5052鋁合金以其良好強度、塑性、焊接性能、不易腐蝕、輕量化等優(yōu)點，被旅行箱包所青睞。

在冷軋過程中如何優(yōu)化生產(chǎn)工藝，滿足拉桿旅行箱包用鋁合金板材的強度和優(yōu)良的沖壓折彎性能尤為重要。5052合金扁鑄錠經(jīng)熱軋、冷軋，制定兩種試驗方案，通過對材料退火、組織和性能等試驗分析，確定合理的工藝制度，以期望達到最佳性能為目的，為下一步進行批量化生產(chǎn)滿足條件的5052合金板材提供理論數(shù)據(jù)支撐。

1 試驗方案

1.1試驗材料和試驗?zāi)繕酥?/span>

性能目標值：抗拉強度在220MPa——240MPa；屈服強度在150MPa——175MPa，延伸率≥14%；90°彎曲無裂紋。試驗材料化學成分應(yīng)符合表1。

試驗材料為我公司半連續(xù)鑄造機鑄造的5052合金扁鑄錠，經(jīng)鋸銑，我公司2400mm單道次可逆式卷取熱軋機軋制成6.5mm厚合金卷材。

1.2試驗方案設(shè)計

設(shè)計兩種工藝試驗方案，對5052熱軋試驗料的組織和性能分析，確定合理的工藝方案，滿足客戶的性能要求指標和使用要求。

試驗方案一：5052試驗料冷軋至0.8mm厚→清洗切邊→退火→橫剪切板→包裝入庫。

試驗方案二：5052試驗料冷軋至1.15mm厚→清洗切邊→中退→冷軋至0.8mm厚→清洗切邊→穩(wěn)定化處理→橫剪切板→包裝入庫。

對5052試驗料成品取樣，在試驗室進行退火試驗以確定試驗料合理的退貨工藝。分別在200℃——350℃溫度進行小爐退火試驗，保溫2h后出爐空冷，分析退火溫度對其力學性能和90°彎曲性能的影響，做金相組織，對其組織進行分析。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 試退火溫度對5052合金性能的影響

圖1為5052試驗料的力學性能-退火溫度變化曲線圖。由圖1可知，退火溫度在200℃——230℃范圍，其抗拉強度、屈服強度和延伸率變化較平穩(wěn)；230℃——280℃范圍，其抗拉強度和屈服強度隨退火溫度升高呈下降趨勢，而其延伸率呈上升趨勢。280℃——320℃范圍，其抗拉強度、屈服強度趨于平穩(wěn)、延伸率稍有上升，基本趨于平穩(wěn)。320℃——320℃范圍，抗拉強度、屈服強度和延伸率基本沒有變化。根據(jù)5052試驗料的力學性能-退火溫度變化曲線圖，退火溫度在265℃——275℃時可滿足產(chǎn)品力學性能指標。

圖1 5052試驗料力學性能-退火溫度變化曲線圖

2.2 組織分析

圖2為典型偏光組織。5052合金帶材軋制至0.8mm，冷軋總加工率為87%，分析認為材料內(nèi)部晶粒已完全破碎，晶粒已成細長的纖維狀變形織構(gòu)（見圖2a）。退火溫度在200℃——230℃范圍，帶材的退火處于回復階段，內(nèi)部組織僅發(fā)生了多邊化亞晶的合并過程。退火溫度在230℃——280℃范圍，表現(xiàn)為冷軋變形織構(gòu)和初見形核的再結(jié)晶（見圖2b），且隨著溫度升高，冷軋變形織構(gòu)逐漸減少，再結(jié)晶織構(gòu)逐漸增多。退火溫度為320℃時，原細長的纖維狀冷軋變形織構(gòu)已逐漸被新的等軸晶粒替代，形成均勻細小的再結(jié)晶組織（見圖2c）。

結(jié)合圖1知，當退火溫度由320℃升高至350℃時，其力學性能保持不變，分析認為其晶粒并沒有長大，而是材料內(nèi)部發(fā)生了第二相質(zhì)點（Mn、Fe）Al6和Mg2Al3等析出，在亞晶邊界的第二相質(zhì)點對晶界起到釘扎作用，在晶內(nèi)的第二相質(zhì)點起到彌散強化作用，這些第二相質(zhì)點嚴重阻礙了再結(jié)晶晶界的遷移，阻止晶粒長大，有利于形成細小再結(jié)晶晶粒組織。

2.3兩種方案對比分析

結(jié)合軟化曲線（見圖1），方案一成品退火工藝采用金屬溫度255℃——265℃/20h；方案二5052試驗料冷軋至1.0mm進行中間退火后，給予20%的加工率軋制至0.8mm采用金屬溫度為180℃——200℃/20h的低溫回復退火。測得其力學性能（見表2）和用戶在沖壓機上經(jīng)兩次連續(xù)沖壓后的情況（見圖3）。由表2可以看出，方案二經(jīng)穩(wěn)定化退火溫度，其抗拉、屈服強度有所升高，伸長率略有下降。兩種方案的力學性能測量結(jié)果均滿足旅行箱用料的力學性能要求。

但在下游客戶使用中，發(fā)現(xiàn)方案一試驗材料性能不穩(wěn)定，在工廠連續(xù)作業(yè)沖壓機上，給出同樣大小的沖壓力，制作出的部分旅行用箱有局部沖壓開裂現(xiàn)象（如圖3），沖制過程不連續(xù)，嚴重影響生產(chǎn)效率。而方案二試驗材料性能較穩(wěn)定，沖制后表面無裂口，沖制過程比較順利。因此，采用試驗方案二可以滿足用戶批量生產(chǎn)沖制要求。

方案一生產(chǎn)5052板材局部沖壓開裂，分析是因為冷作硬化的Al-Mg合金，由于α（Al）固溶體中存在Mg的過飽和度，引起化學自由能較高；冷變形產(chǎn)生大量位錯又使應(yīng)變能較高，導致材料性能不穩(wěn)定，其形變抗力已小于凸模沖壓力。方案二生產(chǎn)5052板材經(jīng)過穩(wěn)定化處理，減少了Mg在α（Al）的過飽和度和位錯密度，進而獲得更穩(wěn)定的組織和力學性能，改善穩(wěn)定化效果。

3 結(jié)論

1）退火溫度在230℃——280℃之間，其抗拉強度和屈服強度隨退火溫度升高呈下降趨勢，而其延伸率呈上升趨勢。退火溫度在280℃——350℃，其抗拉強度、屈服強度趨于平穩(wěn)、延伸率稍有上升，基本趨于平穩(wěn)。

2）采用試驗方案二（6.5mm厚5052熱軋卷冷軋至1.0mm厚→清洗切邊→中退→冷軋至0.8mm厚→清洗切邊→穩(wěn)定化處理→橫剪切板→包裝入庫）可以滿足拉桿旅行箱包產(chǎn)品的力學性能和沖壓要求。