預拉伸對2A12合金板材粗晶的影響

李 霜，溫慶紅，馮 旺，程思夢，林順巖

（西南鋁業（集團）有限責任公司，重慶401326）

0 前言

2A12 合金屬Al-Cu-Mg 系可熱處理強化鋁合金，經固溶處理、自然時效或人工時效后具有較高的強度[1-2]。此外，該合金還具有良好的成型性能和機械加工性能等優點[3]。2A12合金由于密度小、強度高、無磁性及低溫性能好等優良的綜合性能，且有利于結構件的輕量化，因而被廣泛應用于日常生活制品和航空、航天、艦船制造等領域，用于制成各類承受高載荷的零件和結構件，例如飛機的骨架、蒙皮、零件鉚釘等零配件[4-6]。

然而在實際應用中，用戶發現在對2A12 合金板材進行后期加工時常出現大量的橘皮現象。尤其是在進行化銑表面處理后，發現板材整面存在晶粒粗大的問題，嚴重影響了2A12 合金板材的進一步使用，本文針對此問題進行了探索。

1 試驗方法

某廠生產的2A12-O 態合金板材在經預拉伸、淬火、拉形校正、放置4 d、測電導率、鉆孔及化銑后，在其化銑面發現粗大晶粒。對此，我們采用體視鏡、光學電子顯微鏡等儀器對典型樣品進行了宏觀形貌觀察和顯微組織檢測和分析，以便找出產生粗大晶粒的原因。

為了弄清粗晶性能的機理，進行了2A12 合金板材取樣驗證。選取11 個試樣進行不同預拉伸工藝試驗，探究在預拉伸量為0%～10%下拉伸變形量與板材缺陷產生的關系。

2 實驗結果及分析

2.1 預拉伸對宏觀組織的影響

對所選11 個典型樣品進行宏觀形貌觀察，其結果見圖1，預拉伸工藝及板材晶粒度結果見表1。結果表明：拉伸率≤5%時晶粒組織無明顯變化；拉伸率為6%時晶粒開始長大；拉伸率為7%～9%時晶粒整體長大并保持穩定；拉伸率達10%時晶粒進一步長大。金屬在塑性變形時其晶粒發生滑移，出現位錯的纏結，使晶粒拉長及破碎，金屬內部產生了殘余應力，故更易使晶粒長大。

圖1 宏觀形貌

表1 不同預拉伸工藝處理后晶粒度

2.2 預拉伸對顯微組織的影響

圖2為試驗樣品顯微晶粒組織形貌。板材包鋁層厚度約為200 μm，樣品芯材晶粒組織較為粗大。當拉伸量小于4%時，2A12鋁合金基材晶粒度為1 級；拉伸量為5%時，基材晶粒開始長大，基材最大晶粒度可達4 級；拉伸量大于5%時，基材晶粒明顯粗大，在后續的化銑過程中肉眼可見。

在軋制加工變形過程中，2A12 合金晶格將發生歪扭，產生較大內應力，進而使軋制后的組織形貌呈現纖維狀，板材心部變形量最小，故該處的晶粒組織較為粗大。通過成因分析得出結論：形成2A12 合金板材粗大晶粒主要是預拉伸變形量過大所致。在預拉伸時，合金材料晶格發生變化并形成了變形儲能，在后續熱處理過程中，使其更容易發生晶粒長大。當預拉伸量較大時，其變形儲能較大，經后續熱處理后，晶粒長大現象更為明顯，更易形成粗大晶粒。綜上所述，此類合金板材在后續處理過程中應選擇合適的預拉伸變形量，才能使其性能合格，提高成品率。

圖2 不同預拉伸率下的典型晶粒組織形貌

3 結論

（1）通過對原始板材進行驗證試驗可知，2A12 合金板材在經過后續處理后形成的粗大晶粒是因板材預拉伸時變形量偏大而產生的。

（2）拉伸量≤4%時包鋁層晶粒組織無明顯變化，低倍晶粒為1 級；拉伸量為5%時個別晶粒開始長大；拉伸量為6%時產生了少量3 級晶粒；拉伸量為7%～10%時低倍晶粒度穩定在3～4級。

（3）無拉伸板材心部約1/3厚度處的晶粒比表層晶粒大，拉伸在1%～4%范圍內遞增時，表層晶粒逐漸長大到與心部晶粒相當的尺寸；當拉伸達5%時，晶粒已比較均勻；拉伸5%～10%時，芯材晶粒組織無明顯變化。

（4）在后續處理過程中，此類合金板材的預拉伸量過大將產生晶粒粗大等問題，故應選擇合適的預拉伸變形量。