3104铝合金高温热压缩过程的再结晶_蒋福林

在研究 3004 铝合 金 热 轧 过 程 的 再 结 晶 行 为 时 发 现， 当轧制温度增高， 再结晶在极短时间内完成且再结晶
收稿日期： 基金项目： 作者简介：
201004 23 ；
修订日期：
201009 06
国际科技合作计划（ 010 S2010 GR0739 ） 蒋 福 林 （ 1988 — ） ， 男， 主要从事铝合金热变形及应用研
第32 卷 2011年
第3 期 3月
材
料
热
处
理
学
报
Vol . 3 2 March
No . 3 2011
TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENT
3104 铝合金高温热压缩过程的再结晶
蒋福林 ， 张 辉 ， 蒙春标 ， 李落星
4ห้องสมุดไป่ตู้0082 ） （ 湖南大学材料科学与工程学院，湖南 长沙
图3 Fig. 3
0. 1 s － 1 ） 不同道次间隔时间的真应力真应变曲线（ 400 ℃ ，
True stress-true strain curves of 3104 aluminum alloy hot compressively deformed with different interval time between passes （ 400 ℃ ， 0. 1 s － 1 ） （ a ） 30 s ； （ b ） 60 s ； （ c ） 120 s
［ 2］
Raghunathan 等 定 量 组 织 关 系 模 型， 对铝及铝合金 （ Al5Mg ） 热轧 亚 晶 粒 尺 寸 、 再结晶分数和晶粒尺寸
［ 4］ 的变化进行预 测， 并 将 模 拟 结 果 与 Raghunathan 等
的 实 验 结 果 进 行 比 较 。 Zhang 等
［ 5］
图1 Fig. 1
0. 01 s － 1 ） 不同道次间隔时间的真应力真应变曲线（ 400 ℃ ，
True stress-true strain curves of 3104 alnminum alloy hot compressively deformed with different interval time between passes （ 400 ℃ ， 0. 01 s － 1 ） （ a ） 30 s ； （ b ） 60 s ； （ c ） 120 s
2
2. 1
实验结果与分析
静态软化特性 实验分别在 温 度 为 400 和 500 ℃ ， 应变速率为
0. 01 和 0. 1 s － 1 ， 60 和 道 次 间 保 温 时 间 分 别 为 30 、 热模拟实验前， 铸锭 在 箱 式 电 阻 炉 内 加 热 到 610 ℃ 保温 10 h 进 行 均 匀 化 处 理， 出 炉 后 立 即 水 淬。 然 后机加工成 10 mm × 15 mm 热模拟专用的圆柱体试 1500 热模拟机上 进 行 热 压 缩 实 验， 变 样 。 在 Gleeble120 s 的 变 形 条 件 下 进 行， 其真应力真应变曲线如图 1 ～ 4 所示 。 从图 1 ～ 4 可 以 看 出：合 金 在 不 同 变 形 条 件下的流变应力达到峰值后随应变的增加而降低， 基 未观察到明显的硬化现象 。 本上以软化为主，
摘
1500 热模拟机上对 3104 铝合金进行双道次等温热压缩实验， 要 ： 在 Gleeble变形温度 为 400 和 500 ℃ ， 变 形 速 率 为 0. 01 和
0. 1 s － 1 ， 60 和 120 s 。 结 果 表 明：3104 铝 合 金 在 400 ℃ 以 上 的 双 道 次 热 变 形 过 程 道次的变形量均为 0. 4 ， 道次间保温时间为 30 、 中， 发生动态与静态软化 。 道次间的软化率随着变形温度和应变 速 率 的 增 加， 以及道次间停留时间的延长和道次间保持温度的 其再结晶激活能为 155 kJ / mol 。 升高而增大 。 运用双道次软化率建立了 3104 铝合金热变形再结晶模型， 关键词 ：3104 铝合金； 中图分类号 ： TG146. 2 双道次热变形； 软化率； 再结晶 6264 （ 2011 ） 03005204 文章编号 ： 1009文献标志码 ： A
Abstract ： Double-hit isothermal compression tests of 3104 aluminum alloy at 400 ℃ and 500 ℃ with a strain rate of 0. 01 s － 1 and 0. 1 s － 1 and stain of 0. 4 for each pass were conducted on a Gleeble1500 simulator. The interval time between passes was 30 s ，60 s and 120 s. It was found that the static softening fraction in the interpass duration increases with increasing deformation temperature ， strain rate ， holding temperature and the interval time. An empirical recrystallization model with the recrystallization activation energy of 155 kJ / mol was proposed based on experiment. Key words ：3104 aluminum alloy ； double-hit hot deformation ； softening fraction ； recrystallization
随着冶金 、 轧 制 和 计 算 机 技 术 的 发 展， 在轧制之 前和轧制过程中对 产 品 的 组 织 性 能 进 行 预 测 和 控 制 成为可能 。 通过人们的不断努力， 该技术已成功地应 用于钢铁 领 域
［ 1］
再结晶 百分数较高；基体 中 固 溶 元 素 的 含 量 较 高 时， 持续时间长且再结晶分数较低， 这些现象取决于在保 温期内再结晶的驱动力减小 、 粒子的钉扎作用和再结 晶 晶 界 的 迁 移 速 度 。 Chen 等
E-mail ： jfling2820@ 163. com 。 究， 通讯作者： 张 辉 （ 1963 — ） ， 男， 教 授， 博 士， 电 话：0731 － 88664086 ，
E-mail ： zhanghui63hunu@ 163 . com 。
第3期
蒋福林等：3104 铝合金高温热压缩过程的再结晶
［ 3］
， 而应用于铝加工行业则还需要做
运 用 Sellars 和
大量的基础性研 究 工 作 。 以 铝 合 金 热 连 轧 为 研 究 对 象， 建立显微组织演变与各加工工艺参数之间有明确 正是实施控制热轧的手 物理意义的 定 量 数 学 关 系， 段。 在处理组 织 与 性 能 对 应 关 系 时， 一般有两种方 法：一种是以纯机理和半经验的物理冶金学模型为基 用统计的方法 确 定 模 型 的 系 数；另 一 种 是 采 用 先 础， 进的数学理论分析方法， 如有限元方法等 。 各国材料 工作者在这 两 方 面 的 研 究 相 当 活 跃 。 Shigenori 等
图2 Fig. 2
0. 01 s － 1 ） 不同道次间隔时间的真应力真应变曲线（ 500 ℃ ，
True stress-true strain curves of 3104 aluminum alloy hot compressively deformed with different interval time between passes （ 500 ℃ ， 0. 01 s － 1 ） （ a ） 30 s ； （ b ） 60 s ； （ c ） 120 s
Recrystallization of 3104 aluminum alloy during compression at elevated temperature
JIANG Fu-lin ， ZHANG Hui ， MENG Chun-biao ， LI Luo-xing （ College of Materials Science and Engineering ，Hunan University ，Changsha 410082 ，China ）
运用双道次热压
缩过 程 的 软 化 法 建 立 了 5182 铝 合 金 热 轧 再 结 晶 模
［ 6］ 型 。 Axel Brand 等 运 用 双 道 次 热 压 缩 过 程 的 软 化
法建立了 AA2024 铝合金再结晶动力学模型 。 3104 铝合金 是 Al-Mn-Mg 系 热 处 理 不 可 强 化 铝 合金， 具有强度高 、 耐蚀性强和良好的成型性能， 是易 拉罐罐体的主要 材 料 。 热 连 轧 是 铝 罐 生 产 的 重 要 工 为了提高罐体 材 料 的 质 量， 保证热轧后合金的组 艺， 织性能， 必须对热 轧 过 程 各 影 响 因 素 进 行 有 效 控 制 。 1500 热 模 拟 机 上 进 行 双 道 次 压 本文通过在 Gleeble缩实验， 对 3104 铝 合 金 多 道 次 高 温 压 缩 软 化 行 为 进 以探明主要 动 、 静 态 控 制 参 数 （ 热 变 形 温 度、 行研究， 应变速率 、 应变 、 道次 间 保 持 温 度 、 停留时间） 的变化 对铝合金在热连轧 过 程 中 回 复 及 再 结 晶 行 为 的 作 用 规律， 建立 适 合 于 铝 合 金 热 连 轧 的 再 结 晶 动 力 学 模
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第 32 卷
图4 Fig. 4
0. 1 s － 1 ） 不同道次间隔时间的真应力真应变曲线（ 500 ℃ ，
True stress-true strain curves of 3104 aluminum alloy hot compressively deformed with different interval 0. 1 s － 1 ） （ a ） 30 s ； （ b ） 60 s ； （ c ） 120 s time between passes （ 500 ℃ ，
1
实验材料与方法
3104 铝 合 金 实验 材 料 取 自 工 业 化 半 连 续 铸 锭，
的化学成分如表 1 。
表1 Table 1
Fe 0. 42
3104 合金的化学成分 （ wt% ）
Composition of 3104 aluminum alloy （ wt% ）
Si 0. 21 Mn 0. 9 Mg 1. 2 Cu 0. 17 Al Bal.
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型， 为铝合金的组织和性能预测积累实验基础 。
形 温 度 为 400 和 500 ℃ ， 变 形 速 率 为 0. 01 和 0. 1 s －1， 两道次的变形量均为 0. 4 ， 道次间保 温 时 间 为 30 s， 60 s 和 120 s 。 实验时在试样两端凹槽内填 充 润 滑 剂， 以减少试样和 模 具 表 面 之 间 的 摩 擦 影 响， 试样加 热速度为 10 ℃ / s ， 压缩前保温 3 min 。
热 变 形 道 次 之 间 的 软 化 通 常 采 用 软 化 率 FS
［ 79］ （ Fractional Softening ） 进行描述， ： 其定义如下
FS 由 19. 6% 增加至 34. 2% ；在速率为 0. 1 s － 1 保温时 间为 60 s 的变形条件下， 当温度由 400 ℃ 增加到 500 ℃ 时， FS 由 75. 7% 增加至 89. 2% 。 2. 2 动态再结晶动力学模型 各国学 者 一 般 都 采 用 Avrami 方 程 描 述 等 目前， 温动态再结晶和静态再结晶动力学转变 X = 1 － exp （ － kt ） 结晶所需的时间 t 0. 5 的表达式： X = 1 － exp［－ 0. 693 （ t / t 0. 5 ） n ］ （3） t 0. 5 为再结晶 发 生 50% 所 需 的 时 间 。 文 献［ 11 ］ 其中， 认为铝合金道次间发生 70% 的 软 化 所 对 应 的 时 间 为 再结晶 发 生 50% 所 需 的 时 间 t 0. 5 ， 并 采 用 Hirsh 提 供 的模型来加以描述： t 0. 5 = a · Z b · exp Q ( RT )