熱處理對(duì)3005鋁合金組織與性能的影響 總結(jié)：

摘要: 以3005鋁合金為研究對(duì)象，研究了退火處理對(duì)3005鋁合金板材組織與性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明：3005鋁合金在退火時(shí)發(fā)生軟化現(xiàn)象，隨著退火溫度的增加，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度逐漸減小，而延伸率逐漸增加；而3005鋁合金經(jīng)冷軋變形后其顯微組織為纖維狀的條紋，經(jīng)過退火處理后，合金內(nèi)部發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶，再結(jié)晶開始溫度為270℃。

綱要：

1. 引言3005鋁合金屬于典型的Al-Mn系可熱處理強(qiáng)化鋁合金，具有良好的成形加工性能、耐腐蝕性能、導(dǎo)熱性能以及反射性能等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于包裝材料、熱交換材料、建筑材料等領(lǐng)域 [1] [2] 。本文通過研究熱處理對(duì)1.0 mm厚的3005鋁合金板材(冷軋變形量為85%)的組織與力學(xué)的影響規(guī)律，確定該合金的再結(jié)晶退火溫度，為3005鋁合金板材的生產(chǎn)提供理論依據(jù)。Table 1. Chemical composition of 3005 aluminum alloy (mass fraction%)表1. 3005鋁合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%)2.2. 實(shí)驗(yàn)方法對(duì)5 mm厚度的3005鋁合金熱軋坯料在六輥不可逆冷軋機(jī)上進(jìn)行軋制到1.0 mm厚度，冷軋加工率為80%，再將經(jīng)過冷軋軋制的板材進(jìn)行退火處理，退火溫度分別為200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、330℃、350℃，退火時(shí)間為3h。在MTS809材料試驗(yàn)機(jī)上分別測(cè)試3005鋁合金不同熱處理時(shí)的室溫拉伸性能；在OLYMPUS金相顯微鏡下觀察不同熱處理狀態(tài)下經(jīng)打磨、拋光以及使用Keller試劑浸蝕的3005金相試樣的顯微組織。但在不同的退火溫度區(qū)間范圍內(nèi)，其變化程度有所不同?？梢钥闯?，3005鋁合金在經(jīng)過80%的冷變形后，晶粒沿著軋制方向被拉長(zhǎng)、壓碎，形成大量亞晶界等小角度晶界，導(dǎo)致大量位錯(cuò)堆積，最終呈現(xiàn)出明顯的纖維狀組織特征，如圖2(a)所示。隨著退火溫度進(jìn)一步增加至310℃以上時(shí)，合金板材中的纖維狀組織已完全消失，呈現(xiàn)出明顯的再結(jié)晶特征，如圖2(d)所示。3005鋁合金板材在冷軋變形過程中，3005合金內(nèi)部晶粒沿著軋制方向被壓扁而形成纖維狀組織，晶粒內(nèi)部形成許多亞晶，晶體點(diǎn)陣發(fā)生嚴(yán)重畸變，晶體缺陷數(shù)量激增，材料的位能得到提高，此時(shí)處于一種熱力學(xué)不穩(wěn)定的高自由能狀態(tài)。本文中3005鋁合金退火溫度在270℃以下時(shí)，其顯微組織仍是較為明顯的纖維狀組織，且其抗拉強(qiáng)度雖略有降低，但幅度較小，表明在此溫度下3005合金僅發(fā)生了回復(fù)。當(dāng)退火溫度在310℃以上時(shí)，力學(xué)性能基本保持不變，合金板材中的纖維狀組織已完全消失，呈現(xiàn)出明顯的再結(jié)晶特征，如圖2(d)所示。

內(nèi)容：

1. 引言

3005鋁合金屬于典型的Al-Mn系可熱處理強(qiáng)化鋁合金，具有良好的成形加工性能、耐腐蝕性能、導(dǎo)熱性能以及反射性能等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于包裝材料、熱交換材料、建筑材料等領(lǐng)域 [1] [2]

冷變形后的鋁合金材料，經(jīng)退火處理后其組織將對(duì)力學(xué)性能、耐腐蝕性能和成形性能產(chǎn)生影響

本文通過研究熱處理對(duì)1.0 mm厚的3005鋁合金板材(冷軋變形量為85%)的組織與力學(xué)的影響規(guī)律，確定該合金的再結(jié)晶退火溫度，為3005鋁合金板材的生產(chǎn)提供理論依據(jù)

2. 實(shí)驗(yàn)材料與方法2.1. 實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)材料為5 mm厚3005鋁合金熱軋坯料，其化學(xué)成分如表1

Fe	Si	Cu	Mg	Mn	Zn	Cr	Ti	Al
0.585	0.264	0.0617	0.345	1.059	0.0423	0.0066	0.027	Bal

所示

Table 1. Chemical composition of 3005 aluminum alloy (mass fraction%)表1

Fe	Si	Cu	Mg	Mn	Zn	Cr	Ti	Al
0.585	0.264	0.0617	0.345	1.059	0.0423	0.0066	0.027	Bal

. 3005鋁合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%)2.2. 實(shí)驗(yàn)方法對(duì)5 mm厚度的3005鋁合金熱軋坯料在六輥不可逆冷軋機(jī)上進(jìn)行軋制到1.0 mm厚度，冷軋加工率為80%，再將經(jīng)過冷軋軋制的板材進(jìn)行退火處理，退火溫度分別為200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、330℃、350℃，退火時(shí)間為3h

在MTS809材料試驗(yàn)機(jī)上分別測(cè)試3005鋁合金不同熱處理時(shí)的室溫拉伸性能；在OLYMPUS金相顯微鏡下觀察不同熱處理狀態(tài)下經(jīng)打磨、拋光以及使用Keller試劑浸蝕的3005金相試樣的顯微組織

3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.1. 退火溫度對(duì)3005鋁合金力學(xué)的影響如

圖1所示為冷變形量為80%的3005鋁合金板材經(jīng)(200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃、310℃、330℃、350℃/2 h)退火后的力學(xué)性能，可以看出，隨著退火溫度的增大，3005合金板材的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度逐漸降低，而延伸率則逐漸增大

但在不同的退火溫度區(qū)間范圍內(nèi)，其變化程度有所不同

退火溫度在270℃以下時(shí)，3005合金板材力學(xué)性能變化較為平緩，合金板材的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別降低37和48 MPa，而延伸率僅增加7%；退火溫度在270℃~310℃之間時(shí)，3005鋁合金板材力學(xué)性能變化較為顯著，合金板材的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別降低45和94 MPa，而延伸率增加9%；而當(dāng)退火溫度在310℃以上時(shí)，3005鋁合金板材的力學(xué)性能基本保持不變



Figure 1. Effect of annealing temperature on properties of 3005 aluminum alloy

圖1. 3005鋁合金退火溫度對(duì)性能的影響3.2. 退火溫度對(duì)3005鋁合金組織的影響如

圖2所示為不同退火溫度時(shí)3005鋁合金的顯微組織

可以看出，3005鋁合金在經(jīng)過80%的冷變形后，晶粒沿著軋制方向被拉長(zhǎng)、壓碎，形成大量亞晶界等小角度晶界，導(dǎo)致大量位錯(cuò)堆積，最終呈現(xiàn)出明顯的纖維狀組織特征，如

圖2(a)所示

合金板材在經(jīng)過退火處理后，晶粒吸收了能量，板材的組織和性能將產(chǎn)生較大的變化，當(dāng)退火溫度在270℃以下時(shí)，合金板材主要發(fā)生回復(fù)，點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)加劇，纖維狀組織逐漸消失，如

圖2(b)所示為240℃退火3小時(shí)的顯微組織；當(dāng)退火溫度在270℃~310℃之間時(shí)，雖然纖維狀組織并未完全消失，但部分晶粒發(fā)生了再結(jié)晶，如

圖2(c)所示為300℃退火3小時(shí)的顯微組織

隨著退火溫度進(jìn)一步增加至310℃以上時(shí)，合金板材中的纖維狀組織已完全消失，呈現(xiàn)出明顯的再結(jié)晶特征，如

圖2(d)所示



(a)



(b)



(c)



(d)

Figure 2. Microstructure of 3005 aluminum alloy at different annealing temperatures (a) Cold-rolled state; (b) 240?C; (c) 300?C; (d) 350?C

圖2. 3005鋁合金不同退火溫度下的顯微組織(a) 冷軋態(tài)；(b) 240?C；(c) 300?C；(d) 350?C4. 分析與討論3005鋁合金板材在冷變形時(shí)晶粒沿著軋制方向被拉長(zhǎng)，當(dāng)變形量達(dá)到一定程度時(shí)，各個(gè)晶粒之間已經(jīng)不能清楚的辨別開來，晶粒將呈現(xiàn)出纖維狀 [2] ，這也是文中

圖2(a)金相組織呈纖維狀分布的原因

3005鋁合金板材在冷軋變形過程中，3005合金內(nèi)部晶粒沿著軋制方向被壓扁而形成纖維狀組織，晶粒內(nèi)部形成許多亞晶，晶體點(diǎn)陣發(fā)生嚴(yán)重畸變，晶體缺陷數(shù)量激增，材料的位能得到提高，此時(shí)處于一種熱力學(xué)不穩(wěn)定的高自由能狀態(tài)

在經(jīng)過退火處理后，晶粒吸收了能量，當(dāng)退火溫度達(dá)到一定程度時(shí)，將出現(xiàn)新的等軸晶粒，合金內(nèi)部發(fā)生了回復(fù)與再結(jié)晶 [3] [4] [5]

本文中3005鋁合金退火溫度在270℃以下時(shí)，其顯微組織仍是較為明顯的纖維狀組織，且其抗拉強(qiáng)度雖略有降低，但幅度較小，表明在此溫度下3005合金僅發(fā)生了回復(fù)

由于退火溫度較低，不足以引起晶粒內(nèi)變形儲(chǔ)能，只能使其在加工硬化中形成的點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)在加熱過程中發(fā)生遷移，亞組織發(fā)生了多邊化，位錯(cuò)重新排布，亞晶粒粗化，即位相差很小的兩個(gè)或多個(gè)亞晶粒通過位錯(cuò)的攀移等運(yùn)動(dòng)形成一個(gè)較大的亞晶粒

退火溫度在270℃~310℃之間時(shí)，3005合金板材力學(xué)性能變化較為顯著，此時(shí)在合金內(nèi)部個(gè)別區(qū)域出現(xiàn)了細(xì)小晶粒，開始發(fā)生了再結(jié)晶

再結(jié)晶的發(fā)生使得3005合金板材位錯(cuò)密度降低，因此3005合金板材經(jīng)退火處理后強(qiáng)度降低，塑性提高

當(dāng)退火溫度在310℃以上時(shí)，力學(xué)性能基本保持不變，合金板材中的纖維狀組織已完全消失，呈現(xiàn)出明顯的再結(jié)晶特征，如

圖2(d)所示

5. 結(jié)論

1) 3005鋁合金在退火時(shí)發(fā)生軟化現(xiàn)象，隨著退火溫度的增加，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度逐漸減小，而延伸率逐漸增加

2) 3005鋁合金經(jīng)冷軋變形后其顯微組織為纖維狀的條紋，經(jīng)過退火處理后，合金內(nèi)部發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶，再結(jié)晶開始溫度為270℃

基金項(xiàng)目廣西創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)重大專項(xiàng)(桂科AA17202011)、廣西科技計(jì)劃項(xiàng)目(桂科AA16380039)

參考文獻(xiàn)

[1]	張斗, 周海暉, 曠亞非. 3005鋁合金常溫快速陽極氧化工藝研究[J]. 電鍍與涂飾, 2009, 28(6): 28-32.
[2]	盧恒洋, 鄧運(yùn)來, 戴青松, 等. 退火工藝對(duì)5083鋁合金板材組織性能的影響[J]. 材料科學(xué), 2014, 4(4): 139-144.
[3]	金濱輝. 汽車車身用5182鋁合金板組織與性能研究[D]: [碩士學(xué)位論文]. 北京: 北京有色金屬研究總院, 2010.
[4]	Zhang, H.F. and Yan, H.H. (2009) Deformation Behavior of Fine-Grained 5083A1 Alloy Atelevated Tem-perature. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 19, 307-331. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(10)60060-X
[5]	Zeng, Q., Wen, X. and Zhai, T. (2008) Texture Evolution Rate in Continuous Cast AA5052 Aluminum Alloy during Single Pass Hot Rolling. Materials Science & Engineering A, 476, 290-300. https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.05.010