侯英瑋，王瑩

(大連交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 大連 116028)＊

0 引言

5XXX系列鋁合金是一種熱處理不可強(qiáng)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(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于艦艇、汽車和飛機(jī)板焊接件以及需要嚴(yán)格防火的壓力容器、制冷裝置等的制造.目前，對(duì)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(xué)成分等方面［1-3］.而關(guān)于5083鋁合金彎曲性能的研究相對(duì)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(tài)［4］.本文主要通過V形彎曲研究5083鋁合金的熱處理狀態(tài)、化學(xué)元素、相對(duì)彎曲半徑、保壓時(shí)間對(duì)彎曲性能的影響，進(jìn)而得出影響5083彎曲性能的因素，為其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用及其零部件的成型工藝提供參考.

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 彎曲實(shí)驗(yàn)

在液壓萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行.V形彎曲模具如圖1所示.模具相關(guān)參數(shù)如表1所示.分別對(duì)每種試樣進(jìn)行3次試驗(yàn)，進(jìn)行回彈角的測(cè)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(shù)(彎曲角α0=120°)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算:將已彎曲成形的樣件的外形描繪到圖紙上，然后測(cè)量有關(guān)數(shù)據(jù)，因本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是角度的回彈數(shù)據(jù)，角度的測(cè)量較困難，測(cè)量誤差較大，所以通過測(cè)量線性尺寸來計(jì)算角度值:測(cè)量的相關(guān)尺寸如圖2所示.

圖2 待測(cè)量線性尺寸

1.2 實(shí)驗(yàn)用料

試驗(yàn)用料為分別有長(zhǎng)春軌道客車有限公司提供的4 mm厚5083鋁合金，化學(xué)成分為Al、Mg、Fe、Mn、C及由齊齊哈爾北車集團(tuán)公司提供的6、8 mm厚5083 鋁合金，化學(xué)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(xiàn)的拉裂問題，對(duì)其進(jìn)行退火處理，根據(jù)文獻(xiàn)［6］，確定5083退火工藝為加熱到415℃保溫1 h，空冷.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 熱處理狀態(tài)的影響

分別對(duì)6、8 mm厚5083鋁合金進(jìn)行退火處理.退火前后5083鋁合金彎曲實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示.

表2 5083鋁合金退火前后試驗(yàn)數(shù)據(jù)

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(zhì)沿變形方向拉長(zhǎng).

由圖4可以看出:經(jīng)過退火，合金的回復(fù)和再結(jié)晶程度增大，軋制變形的纖維組織逐漸淡化，再結(jié)晶晶粒的形態(tài)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(cè)出兩種5083鋁合金的合金元素能譜圖，圖5為長(zhǎng)客提供的5083鋁合金(1#)，圖6為齊車集團(tuán)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(xué)成分含量如表3所示.

表35083鋁合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

在加工硬化狀態(tài)下，1#板材彎曲性能優(yōu)異，2#板材在相同條件下進(jìn)行彎曲，出現(xiàn)裂紋.1#板材的彎曲性能優(yōu)于2#板材.1#與2#5083彎曲試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示.

圖7 1#與2#5083彎曲角度對(duì)比

Mg含量的影響:對(duì)比圖5與圖6Mg含量的峰值，知1#5083 Mg元素含量高于2#.文獻(xiàn)［6］指出，Mg是5083鋁合金中的主要合金元素.Mg含量應(yīng)小于5.5%，當(dāng)超過此含量后，會(huì)加大合金產(chǎn)生晶間裂紋及應(yīng)力腐蝕的傾向.Mg能顯著提高Al的強(qiáng)度但又不會(huì)使其塑性過分降低.當(dāng)Mg含量小于5.5%時(shí)，合金產(chǎn)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(xiàn)［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(yīng)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(duì)彎曲半徑的影響

相對(duì)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(jìn)行實(shí)驗(yàn).得到的結(jié)果如圖8所示.R/t越小，斷面中塑性變形變形區(qū)越大，切向總應(yīng)變中彈性應(yīng)變分量所占的比例越小.因此，卸載時(shí)彈性回彈Δα隨R/t的減小而減小.當(dāng)R/t=1時(shí)，出現(xiàn)負(fù)回彈.在實(shí)際生產(chǎn)中，為了提高彎曲性能，減小回彈角以滿足生產(chǎn)需要選用較小的相對(duì)彎曲半徑.但過小的彎曲半徑易使工件彎曲處破裂，須權(quán)衡利弊.

圖8 相對(duì)彎曲半徑對(duì)回彈角度的影響

2.4 保壓時(shí)間的影響

實(shí)驗(yàn)中，取保壓時(shí)間為 30、60、120、180 s.實(shí)驗(yàn)結(jié)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(chǎn)生塑性變形.變形結(jié)束后，適當(dāng)延長(zhǎng)保壓時(shí)間，有利于板料內(nèi)部應(yīng)力以及組織的分布，故回彈角度小，彎曲性能提高.但在實(shí)際生產(chǎn)中，不能過度延長(zhǎng)保壓時(shí)間，還應(yīng)考慮到生產(chǎn)效率的問題.

圖9 保壓時(shí)間對(duì)回彈角度的影響

3 結(jié)論

(1)加工硬化的5083鋁合金經(jīng)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(shí)，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(duì)彎曲半徑愈小，回彈愈小，板料彎曲性能愈好;

(4)保壓時(shí)間愈長(zhǎng)，回彈愈小，板料彎曲性能愈好.但在實(shí)際生產(chǎn)中，還需考慮到生產(chǎn)效率.

［1］齊國(guó)棟，楊鑫，師雪飛，等.退火制度對(duì)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(shù)，2010(9):70-72.

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

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［6］王祝堂，田榮璋.鋁合金及其加工手冊(cè)［M］.長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社，2005.