深冲用铝板的织构和各向异性

深冲用铝板的织构和各向异性

作者：金永明

来源：《科学与财富》2018年第10期

摘要：本文论述了在轧制深冲用铝板以及退火时其织构情况，并介绍了深冲铝板的各向异性以及织构与各向异性的关系，最后介绍了改善深冲用铝板各向异性的方法。

关键词：深冲铝板；织构；各向异性

1引言

多昌体铝合金材料在轧制和退火后，颗粒的晶体学取向会发生变化，其轴座标会偏离，这种偏离随着轧制过程中的变形量或者再结晶程度会趋于稳定，此时板材中与轧向成不同夹角的部位会有不同的性能，这称之为各向异性，如果各向异性非常强烈是不利于深冲后，所以必须降低铝板的各向异性。

2织构和各向异性的关系

织构指的是具有择优取向特征的多晶体取向结构，是取向分布状态对随机分布的偏离，织构用{hkl}{uvw}来表示，{hkl}指的是与轧面平行的晶体指数，{uvw}指的是与轧向平行的晶向指数。

对晶体的测量方向不同，材料的性能也随之发生变化，这是各向异性的典型表现形式，确定板材各向异性的数量时，用单轴拉伸试验下的塑性应变比来表示，塑性应变比同时也可以衡量板材的深冲性能。各向异性材料的性能及变化情况是由轧制织构和退火织构之间的平衡关系来确定的。织构对各向异性的影响是通过泰勒取向因子来影响屈服轨迹来实现的，也就是说各向异性取决于各取向晶粒的体积百分比和泰勒因子值。如材料的各向同性，此时发生塑性变形时屈服面会稍微的向外扩展，如果材料的各向异性，用材料的塑性变应变比值来表示屈服时的应力情况。在深冲板材时应力应变状态不是一成不变的，这时屈服面的扩展情况是不断变化的。计算材料的各向异性值时，可以利用织构来进行计算。晶体如果发生了弹性变形，其发生的应力应变情况取决于晶体取向以及晶体取向分布。在平面屈服轨迹上，各向异性会歪曲屈服椭圆。

多晶体的各向异性是由于晶体学结构决定的，材料如果发生塑性变形时其滑移会受到晶体几何学的限制，此时滑移系统会进行某种优先排列，从而形成了各向异性。铝合金的堆垛层错能较高，如果发生了塑性变形时错位会导致平面之间的滑移，但是其柏氏矢量是不受影响的。如果铝合金板材发生了塑性变形，尤其是发生深冲变形时会表现出各向异性，从而形成制耳效应。晶粒的取向不同，其泰勒因子值和各向异性参数值是不同的。

板材在深冲时会产生塑性流变，出现与轧制方向成90度的四个制耳，如果板材的轧制织构比较强烈，如果受到深拉延应力其凸缘处与轧制方向会产生附加应变，会优先发生屈服流动，从而形成制耳。

综上撰述，如果板材同无课表的织构组态不同，其表现出的各向异性是不同的。如果轧制织构和再结晶织构之间的体积分数达到一定比例，深冲时会出现制耳，此时板材的各向异性会降低，深冲制耳率也会降低。

3影响织构和各向异性的因素

3.1合金元素

一般来说合金越纯，其含的杂质越少，形成的织构呈现纯金属型，合金退火后具有较强的立方织构。铝板中如果铁的含量增加，其增强形变织构，再结晶形核会受到限制，抑制了再结晶过程，退火时的立方结构也会减弱，退火织构反而加强，此时冲深时45度制耳的倾向会增大。此外制耳行为也会受到硒的影响，一般来说高硅低铁合金具有较小的制耳率，如果铁的含量增加而硒的含量减少，会发生明显的变形织构，深冲时45度制耳率会增加。如果铝合金中添加锰，退火后可以达到较好立方织构，提高合金的硬化率，减少冷轧变形量，减少立方织构在冷轧时的弱化。

3.2轧制变形量

铝合金板材的织构取决于当量冷变形量的数值，对板材的织构、各向异性和制耳行为产生直接的影响。如果板材的压下率大于50%，板材的形变织构会产生明显的发展，如果压下率持续增加，变形织构强度会增加，深冲时45度制耳率也会增加，如果变形量达到75%以上，制耳率会变得平缓。如果在热轧时提高热轧的道次压下量，会提高轧制温度，迅速的发生动态再结晶。同时退火时的立方取向也会增加，此时立方织构增加，可以有效降低铝板的各向异性。如果道次减薄量较大，轧制速度较快，会产生较多的热效应而强化立方织构，有效的减少深冲时的各向异性。

3.3热处理制度的影响

如果将含有锰的铝合金进行均匀化处理，可以改善第二相的分布状态，可以形成热轧和退火时的立方织构。再结晶晶粒的尺寸取决于粒子的分布和形状，板材的成形情况、深冲时的金属流动、轧制和退火结构等也会受到影响。

板材的各向异性受再结晶退火的影响，退火时会形成立方织造，轧制时会发生形迹织造，两者均衡组分可以降低深冲铝板的各向异性，从而降低制耳率，在高温轧制时退火会快速形成立方织造，会减少各向异性。如果板材的高度织构化较高，再结晶退火时形成的立方织造会转化为形变织造，可以有效的降低深冲制耳。

4降低深冲铝板各向异性的措施

深冲用铝板的各向异性与织构组态是息息相关的，如果某些因素影响了织构的形成和发展，这些因素会影响板材的各向异性，要改善板材的各向异性就要调整板材在加工时形成的织构。

4.1调整铝合金的成分

如果是工业纯铝，调整其内含的铁、硒含量是一种比较经济的措施，如果减少铁的含量增加硒的含量，可以降低各向异性，铁与硒的比值越低，深冲铝板的各向异性也会降低。如果在铝合金中添加合金元素，会与铁形成粗大第二相，可以弱化铁对织构的不利影响，达到降低各向异性的目的。

4.2提高热处理温度

提高热处理温度，一般是要提高均匀化处理温度和退火温度，合金的均匀化温度要控制在560-610度。

4.3提高热精轧终轧温度

热轧合金时温度越高，板材成开进时各向异性就越低，热轧终轧温度可以控制在300度以内，但应高于280度。

4.4高温快速退火

降低各向异性，可以采取盐浴炉退火、气垫炉退火、感应炉退火等方式，可以改善合金板材的许可申请谢尔盖态，降低各向异性以及制耳率。

5小结

本文介绍了铝板深冲时形成的织构与各向异性的关系，并提出了几项降低各向异性的措施，希望可以成为材料科学工作人员深冲铝合金板时的参考。

参考文献：

[1]邢强.退火制度对8011合金箔材性能的影响[J].铝加工，2014（01）：15-16.

[2]王琦.防盗盖用铝合金板带生产工艺研究[J].轻合金加工技术，2012（06）：38-39.