热处理和冷轧变形量对1100铝合金组织与性能影响

热处理和冷轧变形量对1100铝合金组织与性能影响
郭雅萍;何立子;崔建忠
【摘要】通过拉伸试验、冲杯试验、织构分析、显微组织观察等手段,研究了均匀化、中间退火及冷轧变形对电容器用1100铝合金板材的组织和力学、成形性能的影响.结果表明,当均匀化后的总变形量为85％时,均匀化后无织构,中间退火后以铜型和R型织构为主并出现少量立方织构,成品板材中出现很强的立方织构,制耳率低;当均匀化后的总变形量为91％时,均匀化后以铜型、黄铜和R织构为主,中间退火后以铜型和R型织构为主且立方织构消失,成品板材中以铜型和R织构为主,制耳率高.
【期刊名称】《轻合金加工技术》
【年(卷),期】2015(043)009
【总页数】6页(P27-32)
【关键词】1100铝合金;热处理;冷轧变形;织构;制耳率
【作者】郭雅萍;何立子;崔建忠
【作者单位】东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,辽宁沈阳110819;东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,辽宁沈阳110819;东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室,辽宁沈阳110819
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.21
电解电容器小型化发展对其外壳铝合金材料的化学成分、尺寸精度、硬度及“制耳率”提出了更高的要求。

已有研究表明，铸锭凝固方式、化学成分、板材加工工艺和热处理制度等均会影响材料的制耳率［1-10］。

目前，利用织构来控制板材各向异性和制耳率，是研究板材深冲性能的一个主要方法。

采用控制热轧及冷轧的加工率和退火温度可获得优化比例的立方织构和轧制织构［1］。

苑辉等［2］定量分析了1100铝合金在冷轧过程中织构组分的演化，并建立了织构体积分数与轧制真应变的数学模型。

O.Engler等人［3］研究了含有粗大 Al3Fe相的AA1145铝合金中的织构演化，发现再结晶织构是在立方和R方向间竞争生长的，自由取向晶粒的生长是由于颗粒促进形核造成的，并探讨了应变、温度和加热速率对再结晶织构组成比例的影响。

M.Jahazi和M.Gourarzi［4］研究了轧制和退火参数对0.5 mm～3 mm 1100和1050铝合金深冲用板材的组织和制耳率的影响，发现降低成品退火温度使0°和90°方向的制耳消失但增加了45°方向的制耳，提高退火温度或者延长保温时间发生了45°向0°/90°制耳的转变。

张新明、姚宗勇、刘德广等［5］考虑了摩擦和压边力的作用，采用加权的晶体连续介质力学模型CMTP模拟了3104铝铝合金薄板的深冲制耳，并分析了深冲过程中圆片厚度的变化规律。

因此，本课题通过改变1100铝合金在均匀化前后的轧制压下量，采用组织观察和X射线织构分析的方法，研究热处理和冷变形对1100铝合金的织构和性能的影响。

1 试验材料和试验方法
本试验的材料1100铝合金，其成分(质量分数/%)为:0.18Si、0.46Fe、0.11Cu、＜ 0.01Mn、＜0.01Mg、0.01Ni、0.01Zn 和 0.005Ti。

采用两种轧制工艺研究不同压下量与合金的再结晶程度和织构与制耳率间的关系。

工艺1:铸轧板经一道次冷轧为4.0 mm板后进行均匀化处理，随后经4道次冷轧至0.51 mm厚的板材后
进行中间退火，最后经一道次冷轧至成品厚度0.3 mm。

工艺2:铸轧板经两道次冷轧为2.8 mm板后进行均匀化处理，随后经3道次冷轧至0.47 mm厚的板材后进行中间退火，最后经一道次冷轧至成品厚度0.26 mm。

均匀化工艺为620℃9
h+580℃6 h，空冷。

中间退火工艺为420℃9 h+360℃4 h，空冷。

拉伸试验在CMT5105型电子万能拉伸实验机上进行，分别测试合金在不同热处
理状态下的室温抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2和伸长率A。

拉伸试样沿板材轧制方向截取，试样尺寸根据标准GB 6397-86加工而成，标距段尺寸为10 mm×50 mm，拉伸速率为2 mm/min，每个状态三个拉伸试样，取测试结果的平均值。

冲杯试验在型号为BT-6的冲杯试验机上进行，执行国标GB/T 15825.7-1995。

对各工艺方案制得的成品取冲杯试样，其试样尺寸为Φ60±0.5 mm，测出最终冲杯的制耳峰和尺寸，根据下式计算制耳率的大小:
式中:
e—制耳率;
p—杯子所有制耳波峰平均高度;
v—杯子所有制耳波谷平均高度。

进行织构分析的样品以轧向RD为长向，尺寸为25 mm×25 mm，试验采用5%
稀盐酸去掉表面应力，时间约20 s～40 s。

织构测量在PW3040/60的
X'PertProMPD型X射线衍射仪上完成，最大功率3 kW，电压60 kV，管电流
60 MA，测角仪测量范围5°～160°。

测量样品的{111}、{200}、{220}三个面的不完整极图，由计算机完成数据的采集。

样品实测的极图数据利用Bunge级数展开法计算。

采用电解抛光阳极覆膜，并在Leica DMI5000M光学显微镜下采用偏振光观察合金不同状态下的晶粒，具体工艺为:76 mL硫酸+86 mL磷酸+38 mL水的电解液，
电流密度为0.4 A/cm2，室温。

2 试验结果与讨论
2.1 力学性能
表1为按不同工艺制得的成品的性能。

可见，两种工艺成品的抗拉强度(Rm)和屈
服强度(Rp0.2)基本相同，工艺2的伸长率(A)低一些。

工艺2的制耳率明显高于工艺1的。

表1 不同工艺成品的性能Tab.1 The properties of finished products with different technological processes状态Rm/(N·mm-2)Rp0.2/(N·mm-2)A/%
制耳率/%工艺1 136 109 3.6 2.35工艺2 135 106 2.2 4.8
2.2 金相组织分析
图1a和b为工艺1材料在均匀化退火前后的偏振光组织。

可以看出，在均匀化前(图1a)，1100铝合金铸轧板经一道次冷轧变形量为38%后的组织为典型的纤维组织。

经过620℃9 h+580℃6 h的均匀化后(图1b)，合金材料已发生完全再结晶，且部分晶粒仍沿呈现沿轧制方向拉长的现象。

图1c-f是材料均匀化与中间退火之
间的不同压下量后的偏光组织。

可见，均匀化退火板材经52%的冷轧变形后，晶
粒沿轧制方向明显拉长，呈现典型的纤维组织特征(图1c);且随着变形道次的增加，纤维条带的间距逐渐减小(图1d-f)。

板材经420℃9 h+360℃4 h的中间退火后(图1g)，纤维组织完全消失，转变为细小的等轴再结晶晶粒。

中间退火的板材经
终道次40%的冷轧变形后(图1h)，为沿轧制方向略有拉长的细小晶粒。

图1 工艺1不同工序材料的偏振光组织Fig.1 The polarized light photos of process 1 with different procedures and materials
图2 工艺2不同工序材料的偏振光组织Fig.2 The polarized light photos of process 2 with different procedures and materials
图2a和b为工艺2合金材料在均匀化退火前后的偏振光组织。

与工艺1相比，由
于工艺2在均匀化前经过两道次的冷轧变形，板材中的纤维片层明显变小(图2a);
经过均匀化后(图2b)，板材中的组织为细小的等轴再结晶晶粒，不存在拉长的变
形组织特征。

可见，在均匀化前继续将板材厚度由4 mm经轧制变形至2.8 mm 后，由于总变形量的增加，变形的均匀性增加，且组织中储存的变形畸变能增加，在随后的高温均匀化过程促使再结晶晶粒的均匀形核长大，所以与工艺1相比其
再结晶晶粒更加细小均匀。

图2c～e为均匀化与中间退火之间经不同变形量冷轧
后的偏振光组织。

可见，与工艺1相比，均匀化后经过相同压下量的轧制变形后，工艺2板材中的变形纤维更加细密，经过中间退火后的组织(图2f)相对更加细小均匀，进而经过终道次的40%的冷轧变形后(图2g)板材的组织也为略有拉长的晶粒，与工艺1的无明显差别。

2.3 织构分析
图3为工艺1不同工序材料的ODF图。

可见，均匀化前后的织构变化非常明显。

均匀化前(图3a)板材中的织构为黄铜型{011}＜211＞、铜型{112}＜111＞织构及
R型织构{124}＜112＞为主，最大取向密度达到9.604。

经580℃均匀化后板材中，如图1b所示晶粒十分粗大，在各个方向没有择优取向的出现，而进行织构分析时仅能够分析道几个晶粒，此时的织构分析并不准确，组织中不存在任何织构(图
3b)。

图3 工艺1不同工序材料的ODF图Fig.3 The ODF of process 1with different procedures and materials
图3c-f是工艺1均匀化与中间退火之间经不同压下量后1100铝合金材料的ODF 图。

均匀化退火板材经51.51%的冷轧变形后(图3c)，以立方织构{001}＜100＞、铜型织构及R型织构为主，同时存在很弱的戈斯织构{011}＜100＞和黄铜织构。

经下一道次70.00%的冷轧变形后(图3d)，板材的织构与图3c的织构种类相同，
立方织构组分的极密度增至24，铜型织构和R组分的取向密度均由10降至8，
戈斯织构和黄铜织构基本无变化。

经随后道次80.00%的冷轧变形后(图3e)，立方织构消失，铜型织构和黄铜织构取向密度略有增加，R型织构则保持不变，此时板材的织构类型再次变为典型的铝合金轧制织构。

经第四道次87.25%的冷轧变形后(图3f)，板材织构仍然为典型的铝合金轧制织构，最大取向密度增加到16.553。

板材经中间退火后(图3g)，同样以铜型织构和R型织构为主，只是取向密度减小
到4.885，并出现了少量的立方织构和戈斯织构。

图3h为中间退火板材经一道次40%的冷轧变形后成品板材的ODF图。

板材中形成很强的立方织构，取向密度为13.292，同时铜型织构和R型织构减弱，所以制耳率低。

图4为工艺2不同工序材料的ODF图。

与工艺1相比，均匀化前板材中出现了微弱的戈斯织构，且黄铜织构、铜型织构及R织构的取向密度都降低(图4a)。

与工
艺均匀化后板材中无织构的情形相比，工艺2均匀化后板材中的织构以铜型织构、黄铜织构和R织构为主，最大取向密度达到18.541(图4b)。

图4 工艺2不同工序材料的ODF图Fig.4 The ODF of process 2with different procedures and materials
图4c～e是均匀化退火到中间退火之间经不同变形量后的ODF图。

均匀化后经53.57%的冷轧变形后(图4c)板材的织构即以立方织构{001}＜100＞和铜型织构为主，同时存在戈斯织构{011}＜100＞、黄铜织构及R型织构，只是与工艺1相比
其取向密度大幅度减小。

经下一道次72.14%的冷轧变形后(图4d)板材中出现了强的立方织构。

最后经83.21%的冷轧变形后板材中出现了微弱的立方织构，且黄铜织构的取向密度降低。

图4f是中间退火后板材的ODF图。

与工艺1的相比，不存在立方织构，以铜型
织构和R型织构为主，且取向密度显著增大，达到17.995。

图4g为中间退火板
材经一道次45%的冷轧变形后成品板材的ODF图。

与工艺1的相比，工艺2板
材中以铜型织构和R型织构为主，同时存在立方织构和黄铜织构，仍然是典型的
轧制织构，所以制耳率高。

3 结论
1)1100铝合金铸轧板冷轧后均匀化处理，当均匀化后的总变形量为85%时，均匀化前板材组织为典型的变形纤维组织;经620℃9 h+580℃6 h均匀化后，板材中的部分再结晶晶粒仍具有轧制组织特征;而后随累积变形量从52%增加至87%，板材中的变形纤维组织的片层间距逐渐减小;经420℃9 h+360℃4 h中间退火后，板材组织为细小的等轴晶;终道次40%的冷轧变形后成品中的晶粒沿轧制方向略有拉长。

当均匀化后的总变形量为91%时，相比均匀化前板材组织为变形纤维组织更细密，均匀化后出现细小等轴的再结晶晶粒，而后冷轧变形纤维更细密，中间退火组织中的等轴晶尺寸更小;成品组织也为弱纤维组织。

2)当均匀化后的总变形量为85%时，均匀化前板材中的织构以黄铜型、铜型及R
型织构为主，均匀化后变为无织构;经不同道次轧制变形后，则以铜型织构和R型
织构为主;经过中间退火后，板材中的织构仍以铜型织构和R型织构为主，但出现
了少量的立方织构和戈斯织构;经过40%的冷轧变形后的成品板材中形成很强的立方织构，同时铜型织构和R型织构减弱，所以制耳率低。

当均匀化后的总变形量为91%时，均匀化前板材中出现了微弱的戈斯织构，且黄铜、铜型及R织构的取向密度都降低;均匀化后板材中的织构以铜型和黄铜织构为主;经不同道次轧制变形后，板材中的织构除黄铜、铜型和R织构以外，还出现了
立方织构;经中间退火后板材中的立方织构消失;经过45%的冷轧变形后的成品中板材中以铜型织构和R型织构为主，所以制耳率高。

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