5052铝合金轧制织构演变的定量分析

第50卷第11期2019年11月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University(Science and Technology)V ol.50No.11Nov.20195052铝合金热拉伸流变应力及实心凸起板锻造成形研究林启权1，王晓伟1，董文正1,2,3，李彦涛1，王志刚3(1.湘潭大学焊接机器人与应用技术湖南省重点实验室，湖南湘潭，411105；2.华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室，湖北武汉，430074；3.日本岐阜大学机械与系统工程系，日本岐阜，501-1193)摘要：采用Instron3369电子万能试验机对5052铝合金板进行热拉伸实验，研究该合金在变形温度为523～723K，应变速率为0.001～0.100s−1条件下的流变应力行为。

将实心凸起板锻造成形数值仿真结果与板锻造成形实验结果进行对比。

研究结果表明：5052铝合金的流变应力随温度升高而降低，随应变速率增大而增大；可用Zener-Hollomon参数的Arrhenius双曲正弦关系来描述该合金的热流变应力行为，其变形激活能为162.72kJ/mol；该热拉伸本构方程可以准确描述板锻造成形凸起过程的特征，且在673K时实心凸起板锻造成形性能最好。

关键词：5052铝合金；高温拉伸；本构关系；板锻造；数值仿真中图分类号：TG314.4文献标志码：A文章编号：1672-7207（2019）11-2695-08Research on heat-tensile flow stress and solid boss plate forgingfor5052aluminum alloyLIN Qiquan1,WANG Xiaowei1,DONG Wenzheng1,2,3,LI Yantao1,WANG Zhigang3(1.Hunan Key Laboratory of Welding Robots and Applied Technologies,Xiangtan University,Xiangtan411105,China;2.State Key Laboratory of Material Forming and Mould Technology,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan430074,China;3.Department of Mechanical and Systems Engineering,Gifu University,Gifu501-1193,Japan)Abstract:The flow stress behavior of5052aluminum alloy during hot tensile deformation was studied by thermal simulation test at the deformation temperature of523−723K and the strain rate of0.001−0.100s−1on the Instron3369universal testing machine.The numerical simulation results of the solid boss caused by plate forging was compared with those of the experiment of sheet forging.The results show that the flow stress of5052 aluminum alloy decreases with the increase of temperature and increases with the increase of strain rate.The flow stress can be represented by a Zener-Hollomon parameter in the hyperbolic sine equation,with the hot收稿日期：2019−03−29；修回日期：2019−05−22基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51575467,51605408)；材料成形与模具技术国家重点实验室开放课题研究基金资助项目(P2018-010)；湖南省自然科学基金资助项目(2019JJ50604)(Projects(51575467,51605408)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(P2018-010)supported by the Open Foundation of the State Key Laboratory of Material Forming and Mould Technology;Project(2019JJ50604)supported by the Natural Science Foundation of Hunan Province)通信作者：董文正，博士，副教授，从事塑性加工摩擦与润滑等研究；E-mail:**************.cnDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2019.11.008第50卷中南大学学报(自然科学版)deformation activation energy being162.72kJ/mol.The constitutive equation can accurately describe the characteristics of the solid boss caused by plate forging,and the forming property of the solid boss plate forging isthe best at673K.Key words:5052aluminum alloy;high temperature tensile;constitutive model;plate forging;numerical simulation铝合金作为一种密度低、比强度高的轻合金材料被广泛应用于汽车制造、航天航空等工业领域。

电磁场对5052铝合金铸轧板材组织性能的影响苏鑫，许光明【摘要】在传统铸轧过程中施加静磁场和交变振荡电磁场，生产5052铝合金板材，并主要通过显微观察，研究了铸轧工艺对板材的显微组织的影响.结果表明：在浇铸温度为690℃下，同传统工艺板材相比，施加静磁场(0.25T)生产的5052铝合金板材枝晶生长受到抑制，显微组织得到细化并分布均匀化，但晶粒大小不均匀；采用0.25T磁场和450A的交变电流生产时，产生电磁振荡效应，中心组织为均匀的等轴晶.交变振荡电磁场铸轧使整个板材等轴化效果最好.屈服强度和抗拉强度分别为122和235MPa，板材性能最优.【期刊名称】东北大学学报（自然科学版）【年(卷),期】2014(035)006【总页数】4【关键词】关键词：双辊铸轧；5052铝合金；静磁场；交变振荡电磁场；显微组织5052铝合金具有良好的成形加工性能、抗蚀性、可焊性、疲劳强度与中等静态强度.广泛用于制造飞机油箱、油管，以及交通车辆、船舶的钣金件，仪表、街灯支架与铆钉、线材等[1-2].5052铝合金是A1-Mg合金，镁是其主要合金元素.工业5xxx系铝合金镁质量分数一般不超过5.5%.镁原子直径要比铝原子直径略大，因而能形成很强的固溶强化[3].虽然镁在铝中的固溶度随着温度的降低而迅速减小，但由于沉淀相形核困难，核心少，沉淀相尺寸大，因而合金的时效效果差，镁优先呈阳极相Mg4Al8或Mg5Al3在晶界沉淀，从而使合金有产生晶间裂纹及应力腐蚀的倾向[4].因此，降低合金板材中沉淀相的产生和长大，是显著改善合金使用性能的重要手段.电流凝固技术的起源可追溯到1861年Gerardin首次发现液态金属的“电迁移”现象[5].近20年来，应用电磁场处理材料一直备受关注，材料电磁加工(electromagnetic processing of materials，简称 EPM)已成为金属材料基础研究和开发制备新技术领域的重要研究方向之一，已形成多学科交叉、应用领域广泛、工艺方法众多的一门边缘科学[6].本文通过对5052铝合金板材的常规铸轧组织、静磁场铸轧组织、交变振荡电磁场铸轧组织的金相对比分析，研究电磁场对5052板材微观组织的影响规律.1 实验材料和实验方法本实验采用主要成分(质量分数，%)为Al- 2.8Mg- 0.5Cr- 0.4Mn- 0.25Si的5052合金.工业重熔铝锭(99.83% 纯铝)在石墨黏土熔炼炉内加热到720℃并熔化保温20min后，再将Mg等各种合金材料按照预先设计好的比例投入熔炼炉内，盖上保护罩，开始冶炼.缓慢降温并在670℃进行扒渣和除气等一系列工艺流程.当炉内温度达到690℃后，进行铸轧.轧辊规格为φ500mm×500mm，见图1.铸轧实验分三部分：常规铸轧；静磁场铸轧，磁场大小为0.25T；交变振荡电磁场铸轧，直流磁场大小为0.25T, 电流450A. 经过多次实验，铸轧出表面质量和板型都良好的厚度为 5mm 的5052铝合金板材.切样后，在300℃下保温1h 后空冷.在板材中部，即板材表面下2至3 mm范围内，拍摄金相观察照片.采用Leica光学显微镜进行显微组织观察.为了检测电磁铸轧-轧制-退火铝合金板材的力学性能，采用双辊不可逆轧机将试样冷轧至板厚为1mm.在360℃下保温3 h后空冷，利用线切割机截取标准拉伸试样.随后利用CMT5105电子万能试验机进行室温拉伸性能测试，拉伸速率为1mm/min.3组铸轧实验中，每组铸轧板材分别拉伸3个试样，拉伸结果为3个拉伸数据的平均值.2 结果与讨论2.1 铸轧对板材的微观组织的影响图2a为传统铸轧方式下生产的5052合金微观组织.当板材离开轧辊后，此时的晶粒的结晶过程可以看成普通铸造的结晶过程，熔体边缘向中心逐渐推进凝固.由金属凝固特征可以了解，处于中心位置的合金熔体，与轧辊边缘存在较长的距离，因而热量散失最慢且无明显方向性.初生晶核可以在合金液体中自由形核及生长，在各个方向上长大速度几乎相同，即等轴晶.由于在变形区晶粒受来自轧辊的挤压力的作用，有些晶粒呈现沿轧辊方向拉长的形貌.然而在表面处，温度梯度远大于中心区域，因而强过冷度导致铝熔体形核率明显提高，大量的初生晶核拥挤在面积相对不大的固-液界面.随着熔体热沿轧辊径向散失，初生晶核择优方向生长，显示出细小沿轧向的树枝状晶体[7].图2b中，在铸轧区施加0.25T的磁场，明显发现板材中心组织要比传统铸轧条件下的中心组织细小，并且还有少量被拉长的晶粒和粗大的等轴晶.虽然静磁场条件下有很细小的晶粒，但是细化晶粒的效果并不均匀.这是由于铝合金熔液中，存在大量带电粒子，如Mg2+，Cr3+和Mn2+等，在磁场洛仑兹力的作用下发生定向偏移.带电粒子运动的结果就是，增加了溶质原子在熔体中的润湿效应，导致溶质更为均匀地分散在铝基体中[8].随着热量的散失，大量Mg2+被固定在基体原子中，宏观表现为晶内的偏析大幅度降低.另外，同传统工艺相似，在轧辊的碾压作用下，表面处枝晶被沿轧向拉长，因而凝固特征十分显著.在铸轧区内施加0.25T的磁场和450A的交变电流后，根据电磁感应定律[9]，熔体内部产生一个大小和方向都在变化的电磁振荡力，其中大小变化频率为200Hz，方向变化频率为100Hz.因而熔体局部产生搅拌作用，使整体熔体部分的温度梯度减少.在这种条件下，结晶过程可以同时围绕着初生晶核进行，导致晶体数量增加并出现细小的等轴晶，如图2c所示.中心部分晶粒与在静磁条件下铸轧板组织相似，但等轴化程度达到最高.在电磁搅拌的同时，电磁振荡力能在生长的枝晶上产生机械剪切作用，使枝晶破碎，破碎下的碎块漂浮在熔体中，成为新的结晶核心，同样增加了晶核数目导致早期的柱状晶区等轴化[10].2.2 板材强度分析图3为冷轧后，各种生产方式条件下的显微结构观察照片.可以看出，图3a中，由于轧辊压下的作用，枝晶被折断碾压成沿轧制方向分布的长条状晶粒，因而出现长而窄的偏析条带；图3b中由于静磁场对结构的影响，大量的枝晶被等轴化.因此经过轧辊的碾压，晶粒几乎被破坏粉碎，沿轧向的条状晶粒并不明显，但少量相粉碎后重新偏聚，偏析带仍然可见.冷轧后的板材晶粒尺寸明显减小，结构更为紧密.图3c中，类似的等轴晶被粉碎，晶粒尺寸明显减小.同时由于交变振荡电磁场增加了元素在基体中的固溶度，析出相在基体中的含量减少.因此经过冷轧，没有明显偏析带出现.由此可见，经过电磁场铸轧后的板材，在结构的均匀方面，明显优于传统方式生产的板材.由相关文献了解，阻碍滑移的晶界越多，屈服极限也就越高.关于屈服极限σy与晶粒尺寸d的关系为Hall-Petch方程[11]：σy=σi+Kd-1/2.式中σi和K均为常数.由此可知，晶粒越细小，材料的屈服强度越高.在拉伸过程中，5052铝合金薄板试样拉伸载荷增加到某一程度后，除了发生弹性变形外，同时还发生塑性变形.加工硬化达到一定程度，硬化作用和应变软化作用达到平衡，彼此相抵，应力值基本保持不便，进入了稳定应变阶段，直至断裂.图3为传统加工生产5052板材的应力-应变曲线.如图所示，无磁场条件下板材的屈服应力为89 MPa，抗拉强度最大值可达205MPa，断裂伸长率为约0.22.表1显示在不同加工条件下拉伸试样的强度指标.最高屈服强度和抗拉强度分别为122和235MPa，最低断裂伸长率为0.165.这是由于施加电磁场以后，在电磁振荡力的作用下，板材的晶粒变得细小，组织比较均匀，材料不会在局部应力集中而出现裂纹导致断裂破坏.另外，施加电磁场都会显著使材料组织更为均匀.同传统工艺条件下生产的板材相比，强度提高了近35%.除了细晶强化作用以外，更重要的是交变振荡电磁场能有效减少镁原子在晶内的偏析，使镁原子均匀地扩散在基体中，由此产生更强的固溶强化作用.由于铝原子半径为0.143 nm，镁原子半径为0.162nm，固溶体中溶质与溶剂的原子半径差所引起的弹性畸变，与位错之间产生的弹性交互作用，增加了滑移面上运动的位错滑移的阻碍力[12].固溶体中溶质原子的含量越高，固溶强化作用就越大.固溶强化效果最好为施加交变振荡电磁场的铸轧工艺，其次为施加静磁场的铸轧工艺，而传统工艺的固溶效果最差.3 结论1)同传统铸轧工艺相比，电磁场铸轧可以细化5052铝合金铸轧区显微组织，然而静磁场铸轧条件下的晶粒细化的程度更高，方向性减弱；交变振荡电磁场铸轧条件下产生的组织均匀且等轴化程度最高，晶粒生长不具有明显方向性.2)在静磁场和交变振荡电磁场下，晶内偏析明显降低.交变振荡电磁场下的固溶效果最明显.3)施加电磁场可以明显提高板材的强度.施加交变振荡电磁场使板材强度提高最多，屈服强度和抗拉强度的最大值分别为122和235MPa.同时在该工艺下的断裂伸长率最低，最低值为0.165.综合比较，施加交变电磁场铸轧5052铝合金的组织性能改善最佳.参考文献：[1] Li L,Zhang Y D,Esling C,et al.Formation of feathery grains with the application of a static magnetic field during direct chill casting of Al-9.8wt.% Zn alloy[J].Journal of Material Science,2009,44:1063-1068. [2] 袁晓光,刘正,许沂.电磁铸造对AZ91D合金组织及力学性能的影响[J].中国有色金属学报,2002,12(4):784-790.(Yuan Xiao-guang,Liu Zheng,Xu Yi.Effect of electromagnetic cast on microstructures and mechanical properties of AZ91D alloy[J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2002,12(4):784-790.)[3] Verhoeven V W,Hansen T.Periodic structure fluctuations during the solidification of aluminum alloys studied by neutron diffraction[J].Materials Science and Engineering A,1963,367(1/2):82-88.[4] Zuo Y B,Cui J Z,Zhao Z H,et al.Effect of low frequency electromagnetic field on casting crack during DC casting super high strength aluminum alloy ingots[J].Materials Science and Engineering A,2005,406(1/2):286-292.[5] Misra A K.A novel solidification technique of metals and alloys:underthe influence of applied potential[J].Metallurgical Transaction A,1985,16(7):1354-1355.[6] Su X，Xu G M,Feng Y H.Effect of magnetostatic field on microstructure of 7075aluminum alloy strip manufactured by twin-roll casting[J].Advanced Materials Research，2013，652/653/654:2427-2431.[7] 李金涛，许光明，崔建忠，等.电磁场对5082铝合金铸轧板材组织的影响[J].稀有金属材料与工程,2012,41(2):557-560.(Li Jin-tao,Xu Guang-ming,Cui Jian-zhong,et al.Effect of electromagnetic field on microstructure of 5082aluminum alloy sheet by roll-casting[J].Rare Metal Material and Engineering,2012,41(2):557-560.) 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多道次拉伸和感应电流处理5052铝合金的力学性能和显微组
织演变
王世鹏;崔晓辉;肖昂;余卓行;杜志浩
【期刊名称】《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》
【年(卷),期】2024(34)1
【摘要】提出一种多道次拉伸和感应电流处理(IEPT)相结合的复合成形方法,采用TEM和EBSD揭示感应电流对材料显微组织和力学性能的影响规律。

结果表明,采用4次拉伸5%和拉伸后放电,材料伸长率比原始材料增加145%。

预拉伸试样经过IEPT处理后,强度下降、塑性提高,材料的位错密度下降,晶粒变形结构向亚结构转变,同时晶粒尺寸略有增加。

感应电流减弱材料的各向异性,出现新的<111>//TD 织构。

电塑性效应和焦耳热效应的结合增强位错运动和空位移动。

采用ANSYS软件模拟板料的温度分布,最高温度达到144.7℃。

材料强度的理论计算结果与实验数据一致。

【总页数】15页(P65-79)
【作者】王世鹏;崔晓辉;肖昂;余卓行;杜志浩
【作者单位】中南大学轻合金研究院;中南大学机电工程学院;中南大学高性能复杂制造国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TG1
【相关文献】
1.模压变形5052铝合金的显微组织与室温拉伸性能
2.5182铝合金多道次热轧显微组织演变的实验模拟
3.多道次高转速搅拌摩擦加工对AZ31合金加工区显微组织演变、腐蚀行为和力学性能的影响
4.电脉冲拉伸下5052铝合金的变形行为及微观组织和织构演变
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《6082铝合金冷轧与再结晶织构演变和力学性能研究》篇一6082铝合金冷轧与再结晶织构演变及力学性能研究一、引言随着现代工业的快速发展，铝合金因其轻质、高强、耐腐蚀等特性，在航空、汽车、机械制造等领域得到了广泛应用。

6082铝合金作为一种典型的可热处理强化型合金，具有优良的塑形加工性能和较高的强度，广泛应用于结构件的制造。

而冷轧和再结晶工艺作为其加工过程中的关键环节，对铝合金的织构演变和力学性能有着重要影响。

本文针对6082铝合金的冷轧与再结晶过程，深入研究了其织构演变及力学性能的变化规律。

二、6082铝合金冷轧工艺与织构演变2.1 冷轧工艺冷轧是一种通过塑性变形来改变金属材料组织和性能的加工方法。

在6082铝合金的冷轧过程中，通过控制轧制温度、轧制速度和轧制道次等工艺参数，实现材料的形变强化和晶粒细化。

2.2 织构演变冷轧过程中，由于晶粒的塑性变形和再结晶的进行，6082铝合金的织构会发生显著变化。

通过EBSD（电子背散射衍射）等手段，可以观察到随着冷轧变形程度的增加，织构逐渐由初始的随机状态转变为具有特定取向的织构。

这种织构的演变对合金的力学性能有着重要影响。

三、再结晶过程及织构演变3.1 再结晶过程再结晶是金属材料在热处理过程中，通过形成新的无畸变晶核并逐渐取代形变晶体的过程。

在6082铝合金的再结晶过程中，新晶核的形成、长大及最终形成稳定的再结晶组织，是提高材料力学性能的关键。

3.2 织构演变再结晶过程中，织构会经历由形变织构向再结晶织构的转变。

再结晶后的织构通常更加均匀、有序，有助于提高材料的塑性和韧性。

通过研究再结晶过程中的织构演变规律，可以更好地控制合金的力学性能。

四、力学性能研究4.1 拉伸性能拉伸试验是评价金属材料力学性能的重要手段。

通过对6082铝合金进行不同工艺条件下的拉伸试验，发现随着冷轧变形程度的增加和再结晶过程的进行，合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率等力学性能指标均有所提高。

《6082铝合金冷轧与再结晶织构演变和力学性能研究》篇一6082铝合金冷轧与再结晶织构演变及力学性能研究一、引言随着现代工业的快速发展，铝合金因其轻质、高强、耐腐蚀等特性，在航空、汽车、机械制造等领域得到了广泛应用。

6082铝合金作为其中的一种典型代表，其力学性能和微观结构的研究对于提高材料性能和优化生产工艺具有重要意义。

本文以6082铝合金为研究对象，重点探讨其冷轧与再结晶过程中的织构演变及力学性能变化。

二、材料与方法1. 材料准备实验所采用的6082铝合金材料，其化学成分符合国家标准。

将材料进行切割、打磨，以备后续的冷轧和再结晶处理。

2. 冷轧处理将准备好的6082铝合金板材进行冷轧处理，控制轧制温度、轧制速度等参数，以获得不同冷轧程度的样品。

3. 再结晶处理对冷轧后的样品进行再结晶处理，包括加热、保温和冷却等过程。

通过调整再结晶温度和时间，研究再结晶过程中织构的演变。

4. 测试方法采用X射线衍射技术、电子背散射衍射技术等手段，对样品的织构进行定量分析；利用拉伸试验机测试样品的力学性能。

三、冷轧与再结晶过程中的织构演变1. 冷轧过程中的织构演变在冷轧过程中，6082铝合金的晶粒发生了显著的变形和重排。

随着冷轧程度的增加，晶粒逐渐沿轧制方向拉长，同时产生了明显的织构变化。

通过X射线衍射和电子背散射衍射技术分析发现，冷轧后的样品呈现出较强的基面织构和剪切织构。

2. 再结晶过程中的织构演变再结晶过程中，晶粒通过形核和长大机制进行恢复和再组织。

随着再结晶的进行，织构逐渐发生变化。

基面织构的强度逐渐减弱，而新的织构组分开始出现并逐渐增强。

再结晶温度和时间对织构演变具有重要影响，适当调整工艺参数可获得理想的织构状态。

四、力学性能研究1. 抗拉强度与延伸率通过对不同冷轧程度和再结晶条件下的样品进行拉伸试验，发现6082铝合金的抗拉强度和延伸率均随冷轧程度的增加而提高。

再结晶处理后，样品的抗拉强度和延伸率进一步得到提高，表明再结晶过程能够有效地改善材料的力学性能。

5052合金H32＼H22状态带材生产工艺研究（乳源东阳光精箔有限公司，广东韶关512700）5052铝合金属于Al-Mg合金，根据其用途，半硬态产品主要包含H32、H22两种。

根据试验确立了两种加工工艺。

既通过加工率选择，稳定化温度与时间选择、成品退火温度与时间的选择确定工艺。

组织与力学性能表明，5052合金H32状态板材，经过140℃／4h稳定化处理，可获得满足技术条件，σb达到228MPa；δ为8.5%，H22工艺通过成品退火温度与时间的控制，使得H22卷材的力学性能控制在优良水平。

标签：Al-Mg合金；稳定化；成品退火；晶粒；机械性能1 试验方案1.1 试验材料采用半连续铸轧生产的5052合金方锭，成分控制为表1中成分要求，锯切为规格450mm*1180mm*5300mm铸锭，成品规格0.6mm*1100mm*C。

H32状态生产工艺流程为：熔炼—铸造—铣边——锯切——铣面—均热—热轧—冷轧—重卷切边+清洗—中间退火—冷轧—稳定化退火—拉弯矫—包装交货。

H22状态生产工艺流程为：熔炼—铸造—铣边—锯切—铣面—均热—热轧—冷轧—拉弯矫清洗—成品退火—拉弯矫—包装交货。

表1 5052合金各元素质量分数1.2 试验方案热轧坯料厚度6.5mm，切取样品采取360℃，2小时保温工艺退火后进行测试。

H32状态卷材工艺：热轧坯料根据成品规格，预留不同压下量，既厚度分别为0.75mm（20%预留），0.8mm（25%预留），0.86mm（30%预留），0.92mm（35预留），1.0mm（40%预留），1.3mm（54%预留），上述各厚度坯料经过360℃，2小时退火后，再由四重不可逆冷轧机轧制至成品厚度0.6mm，将不同冷变形量的成品带材进行不同温度稳定化退火试验，退火温度选择120，140.160，180，200℃等七个温度，用空气退火炉加热，随炉升温，打点偶测温，金属到温后保温4小时。

H22状态卷材工艺：热轧坯料厚度为6.5mm，由四重不可逆冷轧机5-7个道次直接轧制至成品厚度。