塑性变形及热处理对2024铝合金组织与性能的影响

陈巍

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司黑龙江哈尔滨150066

摘要：累积复合轧制(accumulativeroll-bonding，简称ARB)是一种利用剧烈的塑性变形使材料强化的加工方法，特别对于板材的加工强化特别有效。这种方法是日本学者Saito等于1999年最早提出的。ARB可被看作是压下量为50%的单次轧制的往复循环，在不改变原材料横截面积的情况下，通过多次重复轧制过程使板料获得较大的累积应变，可有效细化材料的组织，提高材料的力学性能。2024铝合金具有高的强度和良好的切削加工性能，但耐腐蚀性较差。本文选用工业用2024铝合金，研究ARB工艺对该材料组织和性能的影响。

关键词：2024铝合金；累积复合轧制；力学性能；断口形貌

1实验材料及方法

实验材料为工业用2024铝合金板材，其厚度为5mm，化学成分(质量分数，%)为：0.5Fe，0.5Si，3.8～4.9Cu，0.3～0.9Mn，1.2～1.8Mg，0.1Cr，0.25Zn，0.15Ti，其余为Al。首先用丙酮和水清洗掉铝合金表面的油污，再用钢丝刷和丙酮对两块试样结合表面进行清理，去除氧化层和油污，直至出现新的表面，并使板材表面具有一定的粗糙度。然后将经过处理后的铝板叠放在一起放在轧辊直径为550mm，转速为400～500r/min的轧制机上进行无润滑轧制。每道次压下量为50%，当1道次结束后将轧制的板材剪成两块，进行2道次轧制。每道次轧制结束后截取试样，以供后续固溶+时效处理和性能测试。用WAW-1000型微机控制电液伺服万能试验机和MC010数显布氏硬度计研究试样的力学性能，用JSM-6390LV扫描电子显微镜研究试样的组织变化。

2实验结果及分析

2.1ARB对2024铝合金组织的影响

2.1.1显微组织的变化

图1给出了2024铝合金板材未轧制、1道次轧制和2道次轧制常温下的显微组织。由图可以看出，随着轧制次数的增加，材料的晶粒尺寸逐渐减小。随着ARB道次的增加，沿轧制方向晶粒发生变形，成为扁条状，晶粒细化的程度得到不断的提高，晶粒得到了很好的细化。因此，随着轧制道次的增加，材料组织的变形、位错密度以及界面数量均相应提高，共同促进了晶粒细化。

2.2ARB对2024铝合金力学性能的影响

图3给出了2024铝合金的力学性能随ARB道次的变化。由图可以看出，抗拉强度随着ARB道次的增加而增加，即随着变形量的增加材料的强度增加。材料的强度属于材料固有属性，往往与本身特点如点阵阻力、晶体结构等有关，而材料的强度主要取决于晶粒细化的程度以及应变导致的加工硬化大小。由材料显微组织随道次变化情况可知，随着轧制道次数增加，材料的组织越来越细小，由于ARB属于无润滑的大塑性变形，必然会产生大应变，引起加工硬化，所以，材料的强度会随着道次增加而增加。

结论：(1)随着ARB道次的增加，2024铝合金组织均匀细化，强度、硬度增加，经过两道次轧制后分别达到236.4MPa和68.5HB，伸长率下降，由原来的31.7%降低到16.1%。其主要原因是变形量增加、位错密度增加和材料产生内应力和加工硬化导致的。(2)对ARB2道次2024合金进行时效处理，随着时效温度的增加，材料的硬度降低，由68.5HB降低到51.8HB。这是温度升高，材料内部应力及位错密度降低，加工硬化现象消失的缘故。

参考文献：

[1]累积复合轧制法制备层状超细晶材料的研究现状[J].黄光杰,邹彬,黄鑫,陈泽军,刘庆.材料导报.2011.

[2]累积复合轧制对镁合金组织和力学性能的影响[J].张兵,袁守谦,张西锋,吕爽,王超.中国有色金属学报.2008.