5083鋁合金彎曲性能的試驗研究

侯英瑋，王瑩

(大連交通大學 材料科學與工程學院，遼寧 大連 116028)＊

0 引言

5XXX系列鋁合金是一種熱處理不可強化型鋁合金.5083鋁合金由于其具有高的抗蝕性，良好的可焊性和中等強度，廣泛應用于艦艇、汽車和飛機板焊接件以及需要嚴格防火的壓力容器、制冷裝置等的制造.目前，對于5083鋁合金的研究主要集中在組織性能，耐蝕性能的研究及化學成分等方面［1-3］.而關于5083鋁合金彎曲性能的研究相對較少.由于鋁合金本身的特性，板材成形過程中通常采用塑性較好的退火狀態［4］.本文主要通過V形彎曲研究5083鋁合金的熱處理狀態、化學元素、相對彎曲半徑、保壓時間對彎曲性能的影響，進而得出影響5083彎曲性能的因素，為其在實際生產中的應用及其零部件的成型工藝提供參考.

1 實驗方法

1.1 彎曲實驗

在液壓萬能試驗機上進行.V形彎曲模具如圖1所示.模具相關參數如表1所示.分別對每種試樣進行3次試驗，進行回彈角的測量，最后取平均值.Δα=α-α0.其中α為V形模具的角度;α0為彎曲件回彈后的角度.

圖1 V形彎曲模具

表1 V形彎曲模具主要參數(彎曲角α0=120°)

實驗結果計算:將已彎曲成形的樣件的外形描繪到圖紙上，然后測量有關數據，因本實驗的重點是角度的回彈數據，角度的測量較困難，測量誤差較大，所以通過測量線性尺寸來計算角度值:測量的相關尺寸如圖2所示.

圖2 待測量線性尺寸

1.2 實驗用料

試驗用料為分別有長春軌道客車有限公司提供的4 mm厚5083鋁合金，化學成分為Al、Mg、Fe、Mn、C及由齊齊哈爾北車集團公司提供的6、8 mm厚5083 鋁合金，化學成分為 Al、Mg、C、O.

1.3 退火工藝

為解決5083鋁合金彎曲過程中出現的拉裂問題，對其進行退火處理，根據文獻［6］，確定5083退火工藝為加熱到415℃保溫1 h，空冷.

2 實驗結果及分析

2.1 熱處理狀態的影響

分別對6、8 mm厚5083鋁合金進行退火處理.退火前后5083鋁合金彎曲實驗結果如表2所示.

表2 5083鋁合金退火前后試驗數據

圖3、圖4分別為退火前后6 mm厚5083鋁合金的金相組織.

圖3 退火前5083顯微組織

圖4 退火后5083顯微組織

由圖3可以看出:加工硬化后的5083鋁合金，隨著變形程度的增大，晶粒及晶間物質沿變形方向拉長.

由圖4可以看出:經過退火，合金的回復和再結晶程度增大，軋制變形的纖維組織逐漸淡化，再結晶晶粒的形態逐漸趨于等軸化.

2.2 主要合金元素的影響

由JSM6360-LV型掃描電子顯微鏡測出兩種5083鋁合金的合金元素能譜圖，圖5為長客提供的5083鋁合金(1#)，圖6為齊車集團提供的5083鋁合金(2#).

圖5 1#5083鋁合金的SEM能譜圖

圖6 2#5083鋁合金的SEM能譜圖

兩種材料的化學成分含量如表3所示.

表35083鋁合金化學成分(質量分數) %

在加工硬化狀態下，1#板材彎曲性能優異，2#板材在相同條件下進行彎曲，出現裂紋.1#板材的彎曲性能優于2#板材.1#與2#5083彎曲試驗結果如圖7所示.

圖7 1#與2#5083彎曲角度對比

Mg含量的影響:對比圖5與圖6Mg含量的峰值，知1#5083 Mg元素含量高于2#.文獻［6］指出，Mg是5083鋁合金中的主要合金元素.Mg含量應小于5.5%，當超過此含量后，會加大合金產生晶間裂紋及應力腐蝕的傾向.Mg能顯著提高Al的強度但又不會使其塑性過分降低.當Mg含量小于5.5%時，合金產生裂紋傾向隨Mg含量的增加而降低.

Mn含量的影響:2#5083不含Mn元素，1#5083含有微量Mn元素.文獻［6］指出，合金中的Mn除少量固溶外，大部分形成MnAl6.可使Mg相沉淀均勻，提高合金的抗應力腐蝕開裂能力.Mn是鋁合金中的有益元素.合金的彎曲性能隨著Mn含量的增加而提高.

2.3 相對彎曲半徑的影響

相對彎曲半徑(R/t)表示彎曲成形的變形程度.分別取 R/t為1、1.5、2、3 進行實驗.得到的結果如圖8所示.R/t越小，斷面中塑性變形變形區越大，切向總應變中彈性應變分量所占的比例越小.因此，卸載時彈性回彈Δα隨R/t的減小而減小.當R/t=1時，出現負回彈.在實際生產中，為了提高彎曲性能，減小回彈角以滿足生產需要選用較小的相對彎曲半徑.但過小的彎曲半徑易使工件彎曲處破裂，須權衡利弊.

圖8 相對彎曲半徑對回彈角度的影響

2.4 保壓時間的影響

實驗中，取保壓時間為 30、60、120、180 s.實驗結果如圖9所示.板料變形開始后，隨著彎曲變形程度的增大，板料開始產生塑性變形.變形結束后，適當延長保壓時間，有利于板料內部應力以及組織的分布，故回彈角度小，彎曲性能提高.但在實際生產中，不能過度延長保壓時間，還應考慮到生產效率的問題.

圖9 保壓時間對回彈角度的影響

3 結論

(1)加工硬化的5083鋁合金經過415℃退火1 h保溫，彎曲性能顯著提高;

(2)Mg含量小于5.5%時，Mg含量愈高，彎曲性能愈好;Mn含量愈高，彎曲性能愈好;

(3)相對彎曲半徑愈小，回彈愈小，板料彎曲性能愈好;

(4)保壓時間愈長，回彈愈小，板料彎曲性能愈好.但在實際生產中，還需考慮到生產效率.

［1］齊國棟，楊鑫，師雪飛，等.退火制度對冷軋和溫軋的5083鋁合金組織性能的影響［J］.輕合金加工技術，2010(9):70-72.

［2］劉國元，王月.5083鋁合金整體壁板耐腐蝕性能的研究［J］.材料開發與應用，2009(8):5-7.

［3］周慶波，張宏偉，冷金鳳，等.化學成分對5083鋁合金性能的影響［J］.輕合金加工技術，2007(10):33-34.

［4］杜鳳山，閆亮，戴圣龍，等.2E12鋁合金板材成形性能試驗研究［J］.鍛壓技術，2009(4):62-64.

［5］龍鳳斌.中厚板彎曲模試驗與數據分析［J］.裝備制造技術，2003(3):17-19.

［6］王祝堂，田榮璋.鋁合金及其加工手冊［M］.長沙:中南大學出版社，2005.