冷變形對5052鋁合金板材力學性能及制耳率的影響

曾招芬， 齊文剛， 趙富有， 康躍民， 王雪萍， 張 義

(1. 忠旺(營口)高精鋁業有限公司， 遼寧 營口 115003；2. 天津忠旺鋁業有限公司， 天津 301700)

罐用鋁材是近十幾年來發展起來的一類高性能材料，主要有易拉罐和壓力罐(或稱氣霧罐、噴霧罐)用鋁材[1-2]。其中噴霧罐是一類特殊的商品包裝，是用于盛裝壓縮、液化或加壓溶解氣體的容器[3]。5×××系Al-Mg合金具有密度低，比強度高的優勢，能夠滿足噴霧罐強度、深沖等方面的要求，同時5×××系Al-Mg合金價格便宜，能夠降低企業成本，因而在噴霧罐用材料中成為首選[4]。

制耳率是噴霧罐用鋁合金的重要性能，制耳率越小，產品利用率越高。研究表明，軋制與再結晶織構對鋁合金薄板的塑性各向異性有著重要的影響[5-8]。冷變形程度越大，45°方向的制耳越明顯，對冷軋板進行退火時，由冷變形形成的織構會向立方織構轉化，從而增加0°和90°方向的制耳[9-11]。當材料內部的變形織構和立方織構達到某一比例時，制耳率較小。本文通過對5052鋁合金進行冷加工變形以及每道次再結晶退火，分析合金力學性能及制耳率與冷加工變形率之間的關系，為優化噴霧罐用5052鋁合金板材的制造工藝提供基礎數據。

1 試驗材料與方法

本試驗采用5052鋁合金鑄錠，化學成分如表1所示。5052鋁合金鑄錠采用Wagstaff扁錠鑄造技術鑄造而成，其規格為630 mm×1800 mm×7000 mm。對鑄錠進行560 ℃×8 h均勻化處理，然后進行熱軋。熱軋加熱制度為480 ℃×3 h，熱軋坯料厚3 mm，終軋溫度(320±10) ℃。熱軋坯料冷卻至室溫后，送至冷軋。冷軋道次分配為：3 mm→2.1 mm→1.55 mm→1.15 mm→0.86 mm→0.64 mm→0.48 mm。每道次軋制后取2批試樣，1批試樣進行300 ℃×2 h再結晶退火，為退火板，1批試樣不進行退火，為冷軋板。取樣方向為軋向(0°)、垂直軋向(90°)及軋向的45°方向，取樣方向如圖1所示。采用拉伸試驗機、光學顯微鏡及制耳率測試儀分別測試試樣3個方向的力學性能、晶粒尺寸及制耳率。

表1 5052鋁合金的化學成分(質量分數，%)

圖1 取樣方向示意圖Fig.1 Schematic diagram of sampling direction

2 試驗結果與分析

2.1 冷變形率對冷軋板力學性能的影響

圖2為冷軋每道次取樣的冷軋板的強度及伸長率隨冷變形率增加的變化曲線。可以看出，3個方向的屈服強度幾乎沒有區別，但是3個方向的抗拉強度差別較大，90°方向的抗拉強度最高，45°的次之，0°的最低，差值在3～10 MPa。伸長率隨冷變形率的增加逐漸減小。

圖2 5052鋁合金冷軋板力學性能與冷變形率的關系Fig.2 Relationship between mechanical properties of the 5052 aluminum alloy cold-rolled sheet and cold deformation rate

隨著冷軋變形率的增加，強度近似線性增加，10%的變形量引起的抗拉強度的變化約為20 MPa，屈服強度的變化約為15 MPa。屈服強度和冷變形率的關系如式(1)所示：

Y=181.14+1.525X

(1)

式中：Y為屈服強度；X為冷變形率。

2.2 冷變形率對退火板晶粒尺寸及力學性能的影響

冷軋板再結晶退火后，晶粒尺寸隨變形量的增加近似線性減小，如圖3所示，且抗拉強度在3個方向上也不相同，0°的最高，45°和90°方向上抗拉強度基本相同。屈服強度也是類似的規律，但屈服強度和晶粒尺寸近似為線性關系。退火板晶粒尺寸和冷變形率及屈服強度的關系為：

G=43.88-0.343X

(2)

YO=127.45-1.592G

(3)

圖3 5052鋁合金退火板晶粒尺寸和冷變形率及強度的關系Fig.3 Relationship between grain size of the 5052 aluminum alloy annealed sheet and cold deformation rate and strength

式中：G為晶粒尺寸；X為冷變形率；YO為再結晶退火后的屈服強度。

圖4為退火板屈強比和冷變形率的關系，可見3個方向的屈強比基本上相同，去除第一個數據點，其他均呈線性關系，其關系如式(4)所示：

Z=0.0032X+0.258

(4)

式中：Z為屈強比；X為冷變形率。

圖4 5052鋁合金退火板屈強比與冷變形率的關系Fig.4 Relationship between yield ratio of the 5052 aluminum alloy annealed sheet and cold deformation rate

2.3 冷變形率對退火板制耳率及平面各向異性的影響

從圖5可以看出，隨著冷變形率的增加，平面各向異性指數Δr先減小后增加，在70%冷變形率時最小。整體制耳率均小于2%，隨著冷變形率的增加先減小后增加。總體來說，冷變形率在50%～60%時，退火板制耳率和Δr值均較小。

圖5 5052鋁合金退火板制耳率及平面各向異性指數Δr與冷變形率的關系Fig.5 Relationship between the earing rate and the plane anisotropy index Δr of the 5052 aluminum alloy annealed sheet and cold deformation rate

3 結論

1) 5052鋁合金板材冷變形過程，冷軋板屈服強度(Y)和冷變形率(X)的關系為：Y=181.14+1.525X。

2) 5052鋁合金冷軋板，經再結晶退火后，退火板晶粒尺寸(G)和冷變形率(X)的關系為：G=43.88-0.343X；屈服強度(YO)和晶粒尺寸的關系為：YO=127.45-1.592G；屈強比(Z)和冷變形率的關系為：Z=0.0032X+0.258。

3) 冷變形率在50%～60%時，5052鋁合金退火板的制耳率和平面各向異性指數Δr值均較小。