深沖用鋁板的織構和各向異性

金永明

摘 要：本文論述了在軋制深沖用鋁板以及退火時其織構情況，并介紹了深沖鋁板的各向異性以及織構與各向異性的關系，最后介紹了改善深沖用鋁板各向異性的方法。

關鍵詞：深沖鋁板；織構；各向異性

1引言

多昌體鋁合金材料在軋制和退火后，顆粒的晶體學取向會發生變化，其軸座標會偏離，這種偏離隨著軋制過程中的變形量或者再結晶程度會趨于穩定，此時板材中與軋向成不同夾角的部位會有不同的性能，這稱之為各向異性，如果各向異性非常強烈是不利于深沖后，所以必須降低鋁板的各向異性。

2織構和各向異性的關系

織構指的是具有擇優取向特征的多晶體取向結構，是取向分布狀態對隨機分布的偏離，織構用{hkl}{uvw}來表示，{hkl}指的是與軋面平行的晶體指數，{uvw}指的是與軋向平行的晶向指數。

對晶體的測量方向不同，材料的性能也隨之發生變化，這是各向異性的典型表現形式，確定板材各向異性的數量時，用單軸拉伸試驗下的塑性應變比來表示，塑性應變比同時也可以衡量板材的深沖性能。各向異性材料的性能及變化情況是由軋制織構和退火織構之間的平衡關系來確定的。織構對各向異性的影響是通過泰勒取向因子來影響屈服軌跡來實現的，也就是說各向異性取決于各取向晶粒的體積百分比和泰勒因子值。如材料的各向同性，此時發生塑性變形時屈服面會稍微的向外擴展，如果材料的各向異性，用材料的塑性變應變比值來表示屈服時的應力情況。在深沖板材時應力應變狀態不是一成不變的，這時屈服面的擴展情況是不斷變化的。計算材料的各向異性值時，可以利用織構來進行計算。晶體如果發生了彈性變形，其發生的應力應變情況取決于晶體取向以及晶體取向分布。在平面屈服軌跡上，各向異性會歪曲屈服橢圓。

多晶體的各向異性是由于晶體學結構決定的，材料如果發生塑性變形時其滑移會受到晶體幾何學的限制，此時滑移系統會進行某種優先排列，從而形成了各向異性。鋁合金的堆垛層錯能較高，如果發生了塑性變形時錯位會導致平面之間的滑移，但是其柏氏矢量是不受影響的。如果鋁合金板材發生了塑性變形，尤其是發生深沖變形時會表現出各向異性，從而形成制耳效應。晶粒的取向不同，其泰勒因子值和各向異性參數值是不同的。

板材在深沖時會產生塑性流變，出現與軋制方向成90度的四個制耳，如果板材的軋制織構比較強烈，如果受到深拉延應力其凸緣處與軋制方向會產生附加應變，會優先發生屈服流動，從而形成制耳。

綜上撰述，如果板材同無課表的織構組態不同，其表現出的各向異性是不同的。如果軋制織構和再結晶織構之間的體積分數達到一定比例，深沖時會出現制耳，此時板材的各向異性會降低，深沖制耳率也會降低。

3影響織構和各向異性的因素

3.1合金元素

一般來說合金越純，其含的雜質越少，形成的織構呈現純金屬型，合金退火后具有較強的立方織構。鋁板中如果鐵的含量增加，其增強形變織構，再結晶形核會受到限制，抑制了再結晶過程，退火時的立方結構也會減弱，退火織構反而加強，此時沖深時45度制耳的傾向會增大。此外制耳行為也會受到硒的影響，一般來說高硅低鐵合金具有較小的制耳率，如果鐵的含量增加而硒的含量減少，會發生明顯的變形織構，深沖時45度制耳率會增加。如果鋁合金中添加錳，退火后可以達到較好立方織構，提高合金的硬化率，減少冷軋變形量，減少立方織構在冷軋時的弱化。

3.2軋制變形量

鋁合金板材的織構取決于當量冷變形量的數值，對板材的織構、各向異性和制耳行為產生直接的影響。如果板材的壓下率大于50%，板材的形變織構會產生明顯的發展，如果壓下率持續增加，變形織構強度會增加，深沖時45度制耳率也會增加，如果變形量達到75%以上，制耳率會變得平緩。如果在熱軋時提高熱軋的道次壓下量，會提高軋制溫度，迅速的發生動態再結晶。同時退火時的立方取向也會增加，此時立方織構增加，可以有效降低鋁板的各向異性。如果道次減薄量較大，軋制速度較快，會產生較多的熱效應而強化立方織構，有效的減少深沖時的各向異性。

3.3熱處理制度的影響

如果將含有錳的鋁合金進行均勻化處理，可以改善第二相的分布狀態，可以形成熱軋和退火時的立方織構。再結晶晶粒的尺寸取決于粒子的分布和形狀，板材的成形情況、深沖時的金屬流動、軋制和退火結構等也會受到影響。

板材的各向異性受再結晶退火的影響，退火時會形成立方織造，軋制時會發生形跡織造，兩者均衡組分可以降低深沖鋁板的各向異性，從而降低制耳率，在高溫軋制時退火會快速形成立方織造，會減少各向異性。如果板材的高度織構化較高，再結晶退火時形成的立方織造會轉化為形變織造，可以有效的降低深沖制耳。

4降低深沖鋁板各向異性的措施

深沖用鋁板的各向異性與織構組態是息息相關的，如果某些因素影響了織構的形成和發展，這些因素會影響板材的各向異性，要改善板材的各向異性就要調整板材在加工時形成的織構。

4.1調整鋁合金的成分

如果是工業純鋁，調整其內含的鐵、硒含量是一種比較經濟的措施，如果 減少鐵的含量增加硒的含量，可以降低各向異性，鐵與硒的比值越低，深沖鋁板的各向異性也會降低。如果在鋁合金中添加合金元素，會與鐵形成粗大第二相，可以弱化鐵對織構的不利影響，達到降低各向異性的目的。

4.2提高熱處理溫度

提高熱處理溫度，一般是要提高均勻化處理溫度和退火溫度，合金的均勻化溫度要控制在560-610度。

4.3提高熱精軋終軋溫度

熱軋合金時溫度越高，板材成開進時各向異性就越低，熱軋終軋溫度可以控制在300度以內，但應高于280度。

4.4高溫快速退火

降低各向異性，可以采取鹽浴爐退火、氣墊爐退火、感應爐退火等方式，可以改善合金板材的許可申請謝爾蓋態，降低各向異性以及制耳率。

5小結

本文介紹了鋁板深沖時形成的織構與各向異性的關系，并提出了幾項降低各向異性的措施，希望可以成為材料科學工作人員深沖鋁合金板時的參考。

參考文獻：

[1]邢強.退火制度對8011合金箔材性能的影響[J].鋁加工，2014（01）：15-16.

[2]王琦.防盜蓋用鋁合金板帶生產工藝研究[J].輕合金加工技術，2012（06）：38-39.