3104铝合金板材不同方向拉伸性能及断裂特征的研究_张军利
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｔｅｎｓｉｌｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ
从图４（ａ）、（ｃ）和（ｅ）中可 以看出 ３个 方向的拉伸试样 断 口形貌包括两种类型的韧窝，即密度较低的大 韧 窝 和 密 度 较 高的二次小 韧 窝。 两 种 韧 窝 形 貌 均 为 椭 圆 状，是 切 变 型 韧 窝，表明板材拉伸 断 裂 的 主 要 方 式 为 微 孔 聚 合 型 剪 切 断 裂， 断面与最大切应力面一致。从断口形貌上看粗大韧窝大小 不一，有些韧窝大 而 深，有 些 韧 窝 小 而 浅。 对 比 ３ 张 图 的 粗 大韧窝形貌，可以 发 现 三 者 大 小 略 有 不 同，但 最 大 的 区 别 在
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓａｍｐｌｅ：ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｅｎｓｉｌｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ （ａ）；ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓａｍｐｌｅｓ（ｂ）
（（ａ）、（ｂ）０°方向；（ｃ）、（ｄ）４５°方 向；（ｅ）、（ｆ）９０°方 向），通 过 ＳＥＭ 观察断口韧窝形貌以及粗大第二相在断面的分布。
２ 结 果 与 分 析
２．１ 拉 伸 性 能 ３１０４铝合金冷轧板材 延 伸 率 与 拉 伸 方 向 和 轧 制 方 向 之
间的夹角有一定关系，如图２所示。沿轧 制 方 向 的 延 伸 率 最 高，沿与轧制方向 成 ９０°方 向 的 延 伸 率 最 低。 从 图 ２ 中 可 以 看出，随着拉伸方向与 轧 制 方 向 所 成 夹 角 的 增 大，３１０４ 铝 合 金冷轧板材的延伸率逐渐下降。
１ 实 验
拉伸试验样品取自工业生产 的 ３１０４铝 合 金 罐 体 料 冷 轧 板材，其是经过半连续铸造、均匀化、热 轧、冷 轧、精 整 等 工 序 获得的工业 成 品 板 材。 将 板 材 按 照 与 轧 制 方 向 分 别 成 ０°、 ４５°、９０°三个方向取样，制成如图１所示的板状拉伸试 样。在 ＷＤＷ－１００Ｂ 微 机 控 制 电 子 万 能 试 验 机 上 进 行 常 温 拉 伸 试 验 ， 利用 Ｚｅｉｓｓ ＥＶＯ １８扫描电 镜 观 察 断 口。 板 材 截 面 经 机 械 磨 光和抛光后，用 Ｚｅｉｓｓ ＥＶＯ １８扫描电镜观察断口截面组织。
分布状态不仅影响到合金最后的深冲效果，更 直 接 或 间 接 地 影响到板材的微观组织结构以及再结晶行为，继 而 成 为 影 响 板材制罐表现的关键因素之一，可以说生产中 存 在 的 问 题 或 多或少都与粗大第二相的存在状态有联系 。 ［４－６］
同 时 也 有 研 究 指 出 ，粗 ［７，８］ 大 第 二 相 对 基 体 的 连 接 强 度 产生影响，进而影响到合金的抗拉强度以及延 伸 率 等 力 学 性 能。但目前大部分研究只是探讨单一拉伸方向下粗大第二 相的数量和形貌 与 力 学 性 能 的 关 系，对 ３１０４ 铝 合 金 冷 轧 板 不同方向的拉伸断裂过程中，粗大第二相本身 的 延 伸 变 化 特 征、断口微观形貌特征以及由其引起的力学性 能 差 异 研 究 较 少。
３１０４ 铝 合 金 板 材 不 同 方 向 拉 伸 性 能 及 断 裂 特 征 的 研 究／张 军 利 等
· １０９ ·
于粗大韧窝的深度：图４（ａ）粗 大 韧 窝 深 度 最 大，图 ４（ｃ）粗 大 韧 窝 深 度 处 于 中 间 ，图 ４（ｅ）粗 大 韧 窝 深 度 最 小 。
在图４（ｂ）、（ｄ）和（ｆ）（ＳＥＭ 背 散 射 照 片）中 可 以 发 现，在 大韧窝底部或者大韧窝壁上存 在粗大第二 相（如 图 ４ 中 箭 头 所示）。即使没有 粗 大 第 二 相 的 韧 窝 处，也 不 能 认 为 粗 大 第 二相不存在，可能的原因是粗大第二 相在断裂过 程 中 脱 落 或 者存在于断口的另一侧。粗大第二相是微 孔 形 核 的 诱 因，而 微孔的形态决定 了 韧 窝 的 形 态，因 此 韧 窝 的 深 度、大 小 和 形 貌与粗大第二相的大小和形状有着密切联系。 ２．３ 断 口 截 面 显 微 组 织
图 ３ 拉 伸 断 裂 试 样 wenku.baidu.com 观 形 貌 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ
ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｓａｍｐｌｅｓ
２．２．２ 微 观 断 口 形 貌 图４ 分 别 是 ３１０４ 铝 合 金 ３ 个 方 向 拉 伸 试 样 断 口 形 貌
为丰富 相 关 研 究 内 容，本 工 作 通 过 观 察 ３１０４ 铝 合 金 与 轧制方向成不同角度的拉伸试样断口形貌和断口截面形貌，
张军利：男，１９８８年生，硕士，主 要 从 事 铝 合 金 加 工 工 艺 及 热 处 理 方 面 的 研 究 Ｔｅｌ：０１０－６８７１９１９１－８６６ Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｊｕｎｌｉ＠ｎａｎｓ－ ｈａｎ．ｃｏｍ．ｃｎ
关 键 词 ３１０４铝合金 轧制方向 延伸率 拉伸断口 粗大第二相 中 图 分 类 号 ：ＴＧ１４６．２ 文 献 标 识 码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．１１８９６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－０２３Ｘ．２０１５．１４．０２３
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ３１０４Ａｌｌｏｙ Ｓｈｅｅｔ Ａｌｏｎｇ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ
２．２ 断 口 形 貌 ２．２．１ 宏 观 断 口 形 貌
图３是３１０４铝合金拉伸断裂试样的宏观形貌，３个 拉 伸 试样断口处几乎都没有产生缩颈，拉伸方向与断 口 方 向 均 大
图４ 不同拉伸方向的断口形貌 ＳＥＭ 照片 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
轻量化一直是铝合金易拉罐 的发展 趋 势，罐 体 料 减 薄 是 实现轻量化的必然途径。随着板材厚度的 不 断 减 薄，一 些 生 产问题也逐渐凸 显 出 来，如 深 冲 断 罐 率 较 高、制 耳 率 较 高 以 及质量不稳定等，这些问题一直难以得到 有 效 地 解 决。这 对 ３１０４合金罐体料的成 形 性 能 提 出 了 更 高 的 要 求。 在 制 罐 料 过程中，粗大第二相粒子发挥着重要 作用，其 尺 寸、形 状 以 及
ＺＨＡＮＧ Ｊｕｎｌｉ １，２，ＬＵ Ｆａｙｕｎ１，２，ＷＡＮＧ Ｚｈａｏ１，２，ＺＨＡＯ Ｆｅｎｇ１，２
（１ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｗｏｒｋｉｎｇ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ａｌｌｏｙｓ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｎａｎｓｈａｎ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｌｏｎｇｋｏｕ ２６５７１３；２ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｎａｎｓｈａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４８）
摘要 对３１０４铝合金冷轧板沿轧制方 向 ０°、４５°和 ９０°三 个 方 向 进 行 拉 伸 性 能 测 试，观 察 断 口 形 貌 和 显 微 组 织，并分析粗大第二相分布 与 拉 伸 方 向 之 间 的 关 系。 结 果 表 明，３１０４ 铝 合 金 冷 轧 板 材 的 断 口 为 切 变 型 韧 窝 断 裂 特 征，裂纹在粗大相自身断裂分离处或者在粗大相尖端处萌生，并在剪切力作 用 下，以 微 孔 聚 合 的 方 式 扩 展。０°方 向 拉 伸断口韧窝深度最大，延伸率最大；９０°方向拉伸断口韧窝深度最小，延伸率最小；而 ４５°方 向 拉 伸 断 口 韧 窝 深 度 居 中 ， 延 伸 率 也 居 中 。 粗 大 第 二 相 长 轴 方 向 和 拉 伸 方 向 之 间 的 夹 角 越 小 ，延 伸 率 越 大 。
约 成 ４５°，同 时 ０°和 ９０°方 向 拉 伸 试 样 的 断 口 方 向 与 轧 制 方 向 大 约 成 ４５°，但 ４５°方 向 拉 伸 试 样 的 断 口 方 向 与 轧 制 方 向 夹 角 接 近 ９０°。
图 １ 拉 伸 制 样 示 意 图 ：取 样 方 向 与 轧 制 方 向 关 系 （ａ）； 试 样 尺 寸 （ｂ）
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ３１０４ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ，ｒｏｌｌｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ，ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｃｏａｒｓｅ ｓｅｃｏｎｄ ｐｈａｓｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ
０ 引 言
目前应用于易拉 罐 罐 体 的 铝 合 金 有 ３００４、３１０４ 及 ３２０４ 等，３１０４是在３００４的基础 上 通 过 调 整 合 金 元 素 的 含 量 发 展 来的。３１０４铝合金在罐体 材 料 进 一 步 减 薄 时 仍 能 保 持 较 高 的强度及良好的成形性能，是目前制作铝合金易 拉 罐 罐 体 的 主 要 材 料 。 ［１－３］
３１０４ 铝 合 金 板 材 不 同 方 向 拉 伸 性 能 及 断 裂 特 征 的 研 究／张 军 利 等
· １０７ ·
３１０４铝合金板材不同方向拉伸性能及断裂特征的研究
张 军 利１，２，鲁 法 云１，２，王 昭１，２，赵 凤１，２
（１ 山东南山铝业股份有限公司国家铝合金压力加工工程技术研究中心，龙口 ２６５７１３； ２ 北京南山航空材料研究院，北京 １０００４８）
· １０８ ·
材料导报 Ｂ：研究篇
２０１５ 年 ７ 月 （下 ）第 ２９ 卷 第 ７ 期
分析了拉伸断裂过程中粗大第二相的变化情况和相应的断 口形貌特征，动态地理解３１０４铝合 金 拉 伸 断 裂 过 程 和 机 理； 同时讨论粗大第二相的取向与拉伸方向之间关系对延伸率 的 影 响 ，为 进 一 步 优 化 ３１０４ 铝 合 金 性 能 提 供 理 论 依 据 。
图 ２ 延 伸 率 与 拉 伸 方 向 和 轧 制 方 向 之 间 夹 角 的 关 系 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｇｌｅｓ，
ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｅｎｓｉｌｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｃｏｌｄ ｒｏｌｌｅｄ ｓｈｅｅｔ ｏｆ ３１０４ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｗａｓ ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔｅｄ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ０°，４５° ａｎｄ ９０°，ｔｏ ｏｂｓｅｒｖｅ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｏａｒｓｅ ｓｅｃｏｎｄ ｐｈａｓｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ，ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｈａｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｓｈｅａｒ ａｎｄ ｄｉｍｐｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｉｎｉｔｉａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｅｌｆ－ｂｒｅａｋａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｒｓｅ ｓｅｃｏｎｄ ｐｈａｓｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｏｒ ｔｈｅ ｔｉｐ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄ ｐｈａｓｅ，ａｎｄ ｐｒｏｐａｇａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ ｍｉｃｒｏｖｏｉｄｓ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｅａｒ ｆｏｒｃｅ．Ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｄｉｍｐｌｅ ｉｎ ０°ｔｅｎｓｉｌｅ ｓａｍｐｌｅ ｗａｓ ｔｈｅ ｌａｒｇｅｓｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｗａｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ；ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｄｉｍｐｌｅ ｉｎ ９０°ｔｅｎｓｉｌｅ ｓａｍｐｌｅ ｗａｓ ｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｓｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｗａｓ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ；ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｄｉｍｐｌｅ ｉｎ ４５°ｔｅｎｓｉｌｅ ｓａｍ－ ｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｍｅｄｉｕｍ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｒ ｔｈｅ ａｎｇｌｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌｏｎｇ ａｘｉｓ ｏｆ ｃｏａｒｓｅ ｓｅｃｏｎｄ ｐｈａｓｅ ａｎｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ．
从图４（ａ）、（ｃ）和（ｅ）中可 以看出 ３个 方向的拉伸试样 断 口形貌包括两种类型的韧窝，即密度较低的大 韧 窝 和 密 度 较 高的二次小 韧 窝。 两 种 韧 窝 形 貌 均 为 椭 圆 状，是 切 变 型 韧 窝，表明板材拉伸 断 裂 的 主 要 方 式 为 微 孔 聚 合 型 剪 切 断 裂， 断面与最大切应力面一致。从断口形貌上看粗大韧窝大小 不一，有些韧窝大 而 深，有 些 韧 窝 小 而 浅。 对 比 ３ 张 图 的 粗 大韧窝形貌，可以 发 现 三 者 大 小 略 有 不 同，但 最 大 的 区 别 在
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓａｍｐｌｅ：ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｅｎｓｉｌｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ （ａ）；ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓａｍｐｌｅｓ（ｂ）
（（ａ）、（ｂ）０°方向；（ｃ）、（ｄ）４５°方 向；（ｅ）、（ｆ）９０°方 向），通 过 ＳＥＭ 观察断口韧窝形貌以及粗大第二相在断面的分布。
２ 结 果 与 分 析
２．１ 拉 伸 性 能 ３１０４铝合金冷轧板材 延 伸 率 与 拉 伸 方 向 和 轧 制 方 向 之
间的夹角有一定关系，如图２所示。沿轧 制 方 向 的 延 伸 率 最 高，沿与轧制方向 成 ９０°方 向 的 延 伸 率 最 低。 从 图 ２ 中 可 以 看出，随着拉伸方向与 轧 制 方 向 所 成 夹 角 的 增 大，３１０４ 铝 合 金冷轧板材的延伸率逐渐下降。
１ 实 验
拉伸试验样品取自工业生产 的 ３１０４铝 合 金 罐 体 料 冷 轧 板材，其是经过半连续铸造、均匀化、热 轧、冷 轧、精 整 等 工 序 获得的工业 成 品 板 材。 将 板 材 按 照 与 轧 制 方 向 分 别 成 ０°、 ４５°、９０°三个方向取样，制成如图１所示的板状拉伸试 样。在 ＷＤＷ－１００Ｂ 微 机 控 制 电 子 万 能 试 验 机 上 进 行 常 温 拉 伸 试 验 ， 利用 Ｚｅｉｓｓ ＥＶＯ １８扫描电 镜 观 察 断 口。 板 材 截 面 经 机 械 磨 光和抛光后，用 Ｚｅｉｓｓ ＥＶＯ １８扫描电镜观察断口截面组织。
分布状态不仅影响到合金最后的深冲效果，更 直 接 或 间 接 地 影响到板材的微观组织结构以及再结晶行为，继 而 成 为 影 响 板材制罐表现的关键因素之一，可以说生产中 存 在 的 问 题 或 多或少都与粗大第二相的存在状态有联系 。 ［４－６］
同 时 也 有 研 究 指 出 ，粗 ［７，８］ 大 第 二 相 对 基 体 的 连 接 强 度 产生影响，进而影响到合金的抗拉强度以及延 伸 率 等 力 学 性 能。但目前大部分研究只是探讨单一拉伸方向下粗大第二 相的数量和形貌 与 力 学 性 能 的 关 系，对 ３１０４ 铝 合 金 冷 轧 板 不同方向的拉伸断裂过程中，粗大第二相本身 的 延 伸 变 化 特 征、断口微观形貌特征以及由其引起的力学性 能 差 异 研 究 较 少。
３１０４ 铝 合 金 板 材 不 同 方 向 拉 伸 性 能 及 断 裂 特 征 的 研 究／张 军 利 等
· １０９ ·
于粗大韧窝的深度：图４（ａ）粗 大 韧 窝 深 度 最 大，图 ４（ｃ）粗 大 韧 窝 深 度 处 于 中 间 ，图 ４（ｅ）粗 大 韧 窝 深 度 最 小 。
在图４（ｂ）、（ｄ）和（ｆ）（ＳＥＭ 背 散 射 照 片）中 可 以 发 现，在 大韧窝底部或者大韧窝壁上存 在粗大第二 相（如 图 ４ 中 箭 头 所示）。即使没有 粗 大 第 二 相 的 韧 窝 处，也 不 能 认 为 粗 大 第 二相不存在，可能的原因是粗大第二 相在断裂过 程 中 脱 落 或 者存在于断口的另一侧。粗大第二相是微 孔 形 核 的 诱 因，而 微孔的形态决定 了 韧 窝 的 形 态，因 此 韧 窝 的 深 度、大 小 和 形 貌与粗大第二相的大小和形状有着密切联系。 ２．３ 断 口 截 面 显 微 组 织
图 ３ 拉 伸 断 裂 试 样 wenku.baidu.com 观 形 貌 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ
ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｓａｍｐｌｅｓ
２．２．２ 微 观 断 口 形 貌 图４ 分 别 是 ３１０４ 铝 合 金 ３ 个 方 向 拉 伸 试 样 断 口 形 貌
为丰富 相 关 研 究 内 容，本 工 作 通 过 观 察 ３１０４ 铝 合 金 与 轧制方向成不同角度的拉伸试样断口形貌和断口截面形貌，
张军利：男，１９８８年生，硕士，主 要 从 事 铝 合 金 加 工 工 艺 及 热 处 理 方 面 的 研 究 Ｔｅｌ：０１０－６８７１９１９１－８６６ Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｊｕｎｌｉ＠ｎａｎｓ－ ｈａｎ．ｃｏｍ．ｃｎ
关 键 词 ３１０４铝合金 轧制方向 延伸率 拉伸断口 粗大第二相 中 图 分 类 号 ：ＴＧ１４６．２ 文 献 标 识 码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．１１８９６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－０２３Ｘ．２０１５．１４．０２３
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ３１０４Ａｌｌｏｙ Ｓｈｅｅｔ Ａｌｏｎｇ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ
２．２ 断 口 形 貌 ２．２．１ 宏 观 断 口 形 貌
图３是３１０４铝合金拉伸断裂试样的宏观形貌，３个 拉 伸 试样断口处几乎都没有产生缩颈，拉伸方向与断 口 方 向 均 大
图４ 不同拉伸方向的断口形貌 ＳＥＭ 照片 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
轻量化一直是铝合金易拉罐 的发展 趋 势，罐 体 料 减 薄 是 实现轻量化的必然途径。随着板材厚度的 不 断 减 薄，一 些 生 产问题也逐渐凸 显 出 来，如 深 冲 断 罐 率 较 高、制 耳 率 较 高 以 及质量不稳定等，这些问题一直难以得到 有 效 地 解 决。这 对 ３１０４合金罐体料的成 形 性 能 提 出 了 更 高 的 要 求。 在 制 罐 料 过程中，粗大第二相粒子发挥着重要 作用，其 尺 寸、形 状 以 及
ＺＨＡＮＧ Ｊｕｎｌｉ １，２，ＬＵ Ｆａｙｕｎ１，２，ＷＡＮＧ Ｚｈａｏ１，２，ＺＨＡＯ Ｆｅｎｇ１，２
（１ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｗｏｒｋｉｎｇ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ａｌｌｏｙｓ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｎａｎｓｈａｎ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｌｏｎｇｋｏｕ ２６５７１３；２ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｎａｎｓｈａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４８）
摘要 对３１０４铝合金冷轧板沿轧制方 向 ０°、４５°和 ９０°三 个 方 向 进 行 拉 伸 性 能 测 试，观 察 断 口 形 貌 和 显 微 组 织，并分析粗大第二相分布 与 拉 伸 方 向 之 间 的 关 系。 结 果 表 明，３１０４ 铝 合 金 冷 轧 板 材 的 断 口 为 切 变 型 韧 窝 断 裂 特 征，裂纹在粗大相自身断裂分离处或者在粗大相尖端处萌生，并在剪切力作 用 下，以 微 孔 聚 合 的 方 式 扩 展。０°方 向 拉 伸断口韧窝深度最大，延伸率最大；９０°方向拉伸断口韧窝深度最小，延伸率最小；而 ４５°方 向 拉 伸 断 口 韧 窝 深 度 居 中 ， 延 伸 率 也 居 中 。 粗 大 第 二 相 长 轴 方 向 和 拉 伸 方 向 之 间 的 夹 角 越 小 ，延 伸 率 越 大 。
约 成 ４５°，同 时 ０°和 ９０°方 向 拉 伸 试 样 的 断 口 方 向 与 轧 制 方 向 大 约 成 ４５°，但 ４５°方 向 拉 伸 试 样 的 断 口 方 向 与 轧 制 方 向 夹 角 接 近 ９０°。
图 １ 拉 伸 制 样 示 意 图 ：取 样 方 向 与 轧 制 方 向 关 系 （ａ）； 试 样 尺 寸 （ｂ）
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ３１０４ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ，ｒｏｌｌｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ，ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｃｏａｒｓｅ ｓｅｃｏｎｄ ｐｈａｓｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ
０ 引 言
目前应用于易拉 罐 罐 体 的 铝 合 金 有 ３００４、３１０４ 及 ３２０４ 等，３１０４是在３００４的基础 上 通 过 调 整 合 金 元 素 的 含 量 发 展 来的。３１０４铝合金在罐体 材 料 进 一 步 减 薄 时 仍 能 保 持 较 高 的强度及良好的成形性能，是目前制作铝合金易 拉 罐 罐 体 的 主 要 材 料 。 ［１－３］
３１０４ 铝 合 金 板 材 不 同 方 向 拉 伸 性 能 及 断 裂 特 征 的 研 究／张 军 利 等
· １０７ ·
３１０４铝合金板材不同方向拉伸性能及断裂特征的研究
张 军 利１，２，鲁 法 云１，２，王 昭１，２，赵 凤１，２
（１ 山东南山铝业股份有限公司国家铝合金压力加工工程技术研究中心，龙口 ２６５７１３； ２ 北京南山航空材料研究院，北京 １０００４８）
· １０８ ·
材料导报 Ｂ：研究篇
２０１５ 年 ７ 月 （下 ）第 ２９ 卷 第 ７ 期
分析了拉伸断裂过程中粗大第二相的变化情况和相应的断 口形貌特征，动态地理解３１０４铝合 金 拉 伸 断 裂 过 程 和 机 理； 同时讨论粗大第二相的取向与拉伸方向之间关系对延伸率 的 影 响 ，为 进 一 步 优 化 ３１０４ 铝 合 金 性 能 提 供 理 论 依 据 。
图 ２ 延 伸 率 与 拉 伸 方 向 和 轧 制 方 向 之 间 夹 角 的 关 系 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｇｌｅｓ，
ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｅｎｓｉｌｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｃｏｌｄ ｒｏｌｌｅｄ ｓｈｅｅｔ ｏｆ ３１０４ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｗａｓ ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔｅｄ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ０°，４５° ａｎｄ ９０°，ｔｏ ｏｂｓｅｒｖｅ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｏａｒｓｅ ｓｅｃｏｎｄ ｐｈａｓｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ，ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｈａｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｓｈｅａｒ ａｎｄ ｄｉｍｐｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｉｎｉｔｉａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｅｌｆ－ｂｒｅａｋａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｒｓｅ ｓｅｃｏｎｄ ｐｈａｓｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｏｒ ｔｈｅ ｔｉｐ ｏｆ ｓｅｃｏｎｄ ｐｈａｓｅ，ａｎｄ ｐｒｏｐａｇａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ ｍｉｃｒｏｖｏｉｄｓ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｅａｒ ｆｏｒｃｅ．Ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｄｉｍｐｌｅ ｉｎ ０°ｔｅｎｓｉｌｅ ｓａｍｐｌｅ ｗａｓ ｔｈｅ ｌａｒｇｅｓｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｗａｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ；ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｄｉｍｐｌｅ ｉｎ ９０°ｔｅｎｓｉｌｅ ｓａｍｐｌｅ ｗａｓ ｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｓｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｗａｓ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ；ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｄｉｍｐｌｅ ｉｎ ４５°ｔｅｎｓｉｌｅ ｓａｍ－ ｐｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｍｅｄｉｕｍ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｒ ｔｈｅ ａｎｇｌｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌｏｎｇ ａｘｉｓ ｏｆ ｃｏａｒｓｅ ｓｅｃｏｎｄ ｐｈａｓｅ ａｎｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ．