Mg含量對5B02鋁合金箔材組織和性能的影響

湯林志，金龍兵

（1.中國鋁業公司，北京 100082；2.東北輕合金有限責任公司，哈爾濱 150060）

Mg含量對5B02鋁合金箔材組織和性能的影響

湯林志1，金龍兵2

（1.中國鋁業公司，北京 100082；2.東北輕合金有限責任公司，哈爾濱 150060）

研究了不同Mg含量的5B02合金退火處理和冷軋加工對5B02合金組織和性能的影響。結果表明：兩種Mg含量的合金箔坯，在不同的加熱退火溫度下退火，其退火軟化趨勢基本相同。兩種Mg含量的5B02合金在加工率為75%之前，硬化趨勢基本一致。當合金冷軋總加工率超過75%以后，Mg含量高的5B02合金加工硬化速率明顯加快。

5B02鋁合金，退火熱處理，加工硬化，性能

0 前言

5B02鋁合金為5×××系防銹鋁合金，與俄羅斯AM-2鋁合金成份相當[1]。該鋁合金的主要合金成分元素為Mg，同時含有少量的Mn、Si、Fe、Cu等合金元素。金屬Mg是合金的主要強化元素，其含量的高低直接影響合金的加工硬化速率和綜合性能，對合金冷軋加工后的板型控制生產工藝影響明顯。因此，研究合金元素Mg含量對5B02鋁合金性能和組織的影響，優化合金生產加工工藝，可為合金箔材大生產工藝的制定提供一定的參考。

1 試驗方法

鑄錠經銑面后得到規格為239mm×1000mm ×1100mm～1500mm的5B02鋁合金熱軋錠坯，在鏈式加熱爐中加熱 6～8h，出爐金屬溫度控制在470～500℃熱軋，經21個道次熱軋，熱軋終了厚度控制在6.5mm左右，終了溫度控制在320～360℃。熱軋后再進行2道次熱精軋至厚3.5mm左右，采用300～360℃溫度中間退火60min，經6道次冷軋至0.49mm的箔坯。

試驗選取厚度為0.49mm的合金箔坯。退火實驗在箱式電阻爐中進行。退火溫度分別為110℃、150℃、180℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、280℃、300℃、325℃、350℃、400℃、450℃，退火保溫時間均為60min，獲得5B02合金箔坯的軟化曲線。將中間退火后的箔坯冷軋至厚0.03mm左右，繪制合金加工硬化曲線。

試驗中，選取合金的高倍組織和室溫性能試樣進行分析檢測，研究合金元素Mg含量對合金組織和性能的影響。

2 試驗結果

2.1 合金化學成分

本試驗選擇了2種不同Mg含量的5B02合金研究組織和性能關系，其主要化學成分見表1。

表1 5B02試驗合金化學成分（質量分數/%）

2.2 合金熱軋板材性能及組織

對2種不同Mg含量的5B02熱軋板的室溫性能進行了測試，性能結果見表2。結果表明，高Mg含量的合金熱軋板材，其強度和延伸率均高于低Mg含量的合金。

表2 5B02試驗合金熱軋板材的室溫力學性能

對2種不同Mg含量的5B02表面、芯部的組織進行了觀察，組織形貌見圖1。結果表明，高Mg含量合金熱軋板材的再結晶程度（熱軋終了溫度在320～360℃）高于低Mg含量的合金。

圖1 不同Mg含量熱軋板材合金高倍組織（偏光）

2.3 不同含鎂量合金的軟化曲線及高倍組織

對2種不同Mg含量的5B02合金箔坯料在不同溫度下的抗拉強度進行了測試，結果見圖2和圖3。試驗結果表明，兩種Mg含量的合金箔坯，在不同的加熱退火溫度下退火，其退火軟化趨勢基本相同，兩種Mg含量合金箔坯的開始退火再結晶溫度約為260℃。其中，Mg含量高的5B02合金箔坯的抗拉強度比Mg含量低的合金箔坯高約20～30MPa。

圖2 1#合金箔坯試樣的軟化曲線（0.49mm）

圖3 2#合金箔坯試樣的軟化曲線（0.49mm）

對2種不同Mg含量的5B02合金箔坯料在不同溫度下的變形組織進行了分析，組織形貌見圖4和圖5。試驗結果表明，兩種鎂含量的5B02合金0.49mm厚冷軋料在260～450℃之間退火時，其合金組織均為再結晶組織，其組織均勻、細小。

圖4 1＃合金試樣退火后的典型偏光組織（0.49mm）

圖5 2＃合金試樣退火后的典型偏光組織（0.49mm）

2.4 不同含鎂量合金的冷軋加工硬化曲線

2種不同Mg含量的5B02合金在不同加工率下抗拉強度和延伸率變化情況見圖6和圖7。 試驗結果表明，兩種含鎂量的5B02合金在加工率為75%之前，硬化趨勢基本一致。當合金冷軋總加工率超過75%以后，含鎂量高的5B02合金加工硬化速率明顯加快。在冷軋加工率約為93%時，含Mg量高的合金箔材，其抗拉強度達到490MPa；含Mg量低的合金箔材，其抗拉強度僅為325MPa，強度差別明顯，但其延伸率差別不大，均為0.5%左右。

圖6 1＃合金試樣冷軋后的加工硬化曲線

圖7 2＃合金試樣冷軋后的加工硬化曲線

3 結果分析與討論

表2的試驗結果表明，兩種成分的5B02合金鑄錠經熱軋后，高鎂含量的合金強度高于低鎂含量的合金強度，且其延伸率也高。產生上述現象的原因可能在于，合金中Mg是主要的強化相[2]，鎂含量高時，材料的固溶強化和第二相強化作用均高，因而合金的強度也高；同時，由于鎂含量高時，材料的再結晶溫度相應也降低，材料更易再結晶。在相同的熱軋條件下，含鎂量高的熱軋料再結晶程度更高些，因此，鎂含量高時延伸率也較高。圖1也印證了上述觀點。

從圖1的高倍組織中可以看出，5B02熱軋板再結晶程度在板厚方向從表層往中心層逐漸減弱。這主要是因為熱軋時材料表層所承受的變形程度比中心層大，使得表層的開始再結晶溫度相對較低，而且表層變形大變形熱也多，因而使得表層溫度也相對較高，上述兩因素均促使表層金屬較中心層金屬更易產生再結晶。隨著后續冷變形的進行，熱軋料的這種組織的不均一性現象完全消失，這可從圖4、圖5中得到證明。圖4、圖5表明，0.49mm厚的冷軋料經退火后整個橫截面上的組織是均勻的。

圖2、圖3的合金退火熱處理軟化曲線試驗結果表明，含鎂量高的與含鎂量低的5B02合金，其0.49mm厚冷軋料的退火軟化趨勢幾乎是一樣的，而且，鎂含量高的5B02合金的抗拉強度始終高于鎂含量低的，這與合金化程度對材料性能的影響規律是相吻合的。

圖4、圖5的合金退火后高倍組織表明，兩種鎂含量的5B02合金0.49mm厚冷軋料在260～450℃之間退火時，其金相組織均為再結晶組織。在實際生產中，考慮到生產過程來料的波動、鎂揮發、爐溫均勻性及退火成本等方面的因素，箔坯退火時可將金屬加熱溫度選擇在300～350℃之間。

從圖6、圖7中合金加工硬化曲線可以看出，兩種含鎂量的5B02合金在加工率為75%之前，硬化程度基本一致，當總加工率超過75%以后，含鎂量高的5B02合金硬化速率明顯加快。可能的原因是，當合金冷軋加工率較小時，金屬變形主要以滑移的方式進行[3]，對于同一類金屬，其滑移系開動是一定的，所以硬化速率基本一致；而當加工率超過某一臨界值時，金屬變形主要是通過位錯的繞行或切割來實現，對于同一類金屬來說，隨著合金化程度的提高，彌散強化效果更強。因此，當總加工率較大時，含鎂量高的5B02合金要比含鎂低的5B02合金的硬化速率快。

4 結論

（1）兩種Mg含量的合金箔坯，在不同的加熱退火溫度下退火，其退火軟化趨勢基本相同。合金箔坯冷軋加工率約為85%時，不同Mg含量的5B02合金開始再結晶溫度均為260℃。

（2）兩種含鎂量的5B02合金在加工率為75%之前，硬化趨勢基本一致。當合金冷軋總加工率超過75%以后，含鎂量高的5B02合金加工硬化速率明顯加快。在相同的冷加工率條件下，含鎂量高的5B02合金抗拉強度明顯高于鎂含量低的5B02合金。

[1] 劉濟南，王磊，萬剛，等.退火對5B02鋁合金管材織構的影響[J].沈陽航空航天大學學報，2013，30（6）：72-76

[2] 汪祥鵬，陳忠家，耿德遠，等.退火工藝對5A02鋁合金板材組織與性能的影響[J].輕合金加工技術，2010，38（7）：35-37

[3] 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，2000，73-75

（編輯：楊毅）

Effect of Content on Microstructure and Property of 5B02 Foil

TANG Lin-zhi1, JIN Long-bing2
(1. Aluminum Corporation of China,Beijing 100082,China; 2. Northeast Light Alloy Co.,Ltd.,Harbin 150060, China)

Effect various Mg contents on microstucture and property of 5B02 alloy was researched.The results show taht alloy foil stocks with two kinds of Mg content have the same annealing softening trend after annealing at verious heating and annealing temperature.5B02 alloy with two kinds of Mg content have the same haedening trend before 75% working rate.When the total working rate exceeds 75%,work hardening rates of 5B02 alloy with high content of Mg speed up obviously.

5B02 aluminum alloy; annealing treatment;work hardening; property

TG146.21

A

1005-4898(2014)04-0004-05

10.3969/j.issn.1005-4898.2014.04.01

湯林志（1982-），男，江蘇人，博士研究生，金屬材料及加工專業。

2014-06-10