5182铝合金轧制板材截面亮线组织

第３１卷　第４期Ｖｏｌ．３１　　Ｎｏ．４重庆理工大学学报（自然科学）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）２０１７年４月Ａｐｒ．２０１７　　收稿日期：２０１７－０１－１５基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１３０１２１４）；重庆市基础与前沿研究计划项目（ｃｓｔｃ２０１６ｊｃｙｊＡ０４９０）；重庆市教委科学技术研究项目（ＫＪ１４００９２８）作者简介：吴海鹏（１９９３—），男，山西平遥人，硕士研究生，主要从事轻合金腐蚀与防护研究，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]；通讯作者麻彦龙（１９７８—），男，甘肃庆阳人，博士，教授，主要从事轻合金腐蚀与防护研究，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]。引用格式：吴海鹏，王正曦，麻彦龙，等．５１８２铝合金轧制板材截面亮线组织形成机理研究［Ｊ］．重庆理工大学学报（自然科学），２０１７（４）：５８－６３．Ｃｉｔａｔｉｏｎｆｏｒｍａｔ：ＷＵＨａｉｐｅｎｇ，ＷＡＮＧＺｈｅｎｇｘｉ，ＭＡＹａｎｌｏｎｇ，ｅｔａｌ．ＲｏｏｔＣａｕｓｅｆｏｒＬｉｇｈｔｅｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｈｅＣｒｏｓｓＳｅｃｔｉｏｎｏｆＲｏｌｌｅｄ５１８２ＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙｐｌａｔｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ），２０１７（４）：５８－６３．ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８４２５（ｚ）．２０１７．０４．０１０５１８２铝合金轧制板材截面亮线组织形成机理研究吴海鹏１，王正曦１，麻彦龙１，杜棋忠２，林子皓２（１．重庆理工大学材料科学与工程学院，重庆４０００５４；２．重庆海德世拉索系统（集团）有限公司，重庆４０１１２０）摘　　　要：针对５１８２铝合金轧制板材截面亮线组织现象，通过金相显微技术、显微硬度技术、扫描电子显微技术（ＳＥＭ）及电子背散射衍射技术（ＥＢＳＤ），表征了板材截面不同区域的微观组织结构，并结合板材的生产工艺过程，分析并讨论了该亮线组织的形成机理及其对板材力学性能的影响。研究结果表明：５１８２铝合金轧制板材截面亮线组织的产生与板材冷变形程度及稳定化退火工艺有关，板材表层区域变形量比中心区域变形量大且稳定化退火温度较低或保温时间较短，造成β相（Ｍｇ５Ａｌ８、Ｍｇ２Ａｌ３）在表层区域更容易析出，且沿晶界呈连续网状分布，而中心区域β相数量较少，且未形成连续网状，在轧制板材截面上形成亮线金相组织。关　键　词：５１８２铝合金；Ｈ３２状态；轧制；亮线组织中图分类号：ＴＧ３３５．１２　　　　文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－８４２５（２０１７）０４－００５８－０６ＲｏｏｔＣａｕｓｅｆｏｒＬｉｇｈｔｅｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｈｅＣｒｏｓｓＳｅｃｔｉｏｎｏｆＲｏｌｌｅｄ５１８２ＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙｐｌａｔｅＷＵＨａｉｐｅｎｇ１，ＷＡＮＧＺｈｅｎｇｘｉ１，ＭＡＹａｎｌｏｎｇ１，ＤＵＫｉＣｈｕ２，ＬＩＮＺｉｈａｏ２（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００５４，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＨＩＬＥＸＣａｂｌｅＳｙｓｔｅｍＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０１１２０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｏｏｔｃａｕｓｅｆｏｒｌｉｇｈｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｏｎｔｈｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｏｆｒｏｌｌｅｄ５１８２ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｐｌａｔｅｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｔｅｓｔｉｎｇ，ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ）ａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＥＢＳＤ）．Ｉｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｒｅａｓｏｆｔｈｅｐｌａｔｅｓｅｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｐｌａｔｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ｗｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｂｒｉｇｈｔｌｉｎｅｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎａｎｄｉｔｓｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｐｌａｔｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｌｉｇｈｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｃｏｌｄｒｏｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇａｎｎｅａｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｎｎｅａｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｌｅｄｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎｏｆβ（Ｍｇ５Ａｌ８、Ｍｇ２Ａｌ３）ｐｈａｓｅａｔｔｈｅｇｒａｉｎｂｏｕｎｄａｒｙｉｎｔｈｅｎｅａｒｓｕｒｆａｃｅｒｅｇｉｏｎｏｆｔｈｅｐｌａｔｅ．Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｎｅａｒｓｕｒｆａｃｅｒｅｇｉｏｎａｎｄｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｒｅｇｉｏｎｏｆｔｈｅｐｌａｔｅｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎｔｈｅｌｉｇｈｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：５１８２Ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ；Ｈ３２Ｓｔａｔｅ；ｒｏｌｌｉｎｇ；ｌｉｇｈｔｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　　随着汽车工业的快速发展和家用汽车保有量的持续增加，汽车轻量化成为汽车工业节能减排的重要手段。汽车车身是汽车上材料用量最大的部件，约占汽车总质量的３０％，因此汽车车身的轻量化对于减轻车重、提高燃油效率具有重要意义。铝合金具有质量轻、耐腐蚀性好、易于加工和回收等优点，成为汽车上应用最广泛的轻量化材料［１］。目前，汽车车身用铝合金的研究主要集中在２ｘｘｘ（ＡｌＭｇＣｕ）、５ｘｘｘ（ＡｌＭｇ）和６ｘｘｘ（ＡｌＭｇＳｉ）三大系列上［２］。５１８２铝合金属于５ｘｘｘ系，具有中等强度，且加工性能和焊接性能良好，在成形性和抗腐蚀性方面具有类似普通钢板的优点，常用作汽车内衬板和其他形状复杂部件的加工材料。该系铝合金不能通过热处理强化，其主要强化手段为固溶强化和加工硬化［３４］。本文针对汽车车窗玻璃升降器导轨用５１８２铝合金轧制板材截面亮线组织现象，通过金相显微技术、显微硬度技术、扫描电子显微技术（ＳＥＭ）及电子背散射衍射技术（ＥＢＳＤ），表征了板材截面不同区域的微观组织结构，并结合板材的生产工艺过程，分析和讨论了该亮线组织的形成机理及其对板材力学性能的可能影响。研究结果不仅为板材轧制和热处理工艺的制定提供了理论参考，还为汽车零部件企业产品质量控制提供了技术支撑。１　实验过程本文的研究对象为ｔ１．４５１８２Ｈ３２铝合金轧制板材，其标称化学成分如表１所示。该铝合金板材生产工艺流程（标称）：熔铸→铣面→均热→热轧（粗轧，６００ｍｍ轧到２０ｍｍ）→热轧（精轧，２０ｍｍ轧到４ｍｍ）→冷轧（４ｍｍ轧到１．４ｍｍ，５道次）→稳定化退火（３３５℃，２ｈ）→纵裁→包装。在成品板材上切取大小１０ｍｍ×１０ｍｍ×１．４ｍｍ试样，取样方式及观察面如图１所示。表１　５１８２铝合金化学成分（质量分数，％，ＧＢ／Ｔ３１９０—２００８）元素ＦｅＳｉＭｎＴｉＣｕ含量０．２０．３５０．２～０．５０．１０．１５元素ＺｎＣｒＭｇＡｌ含量０．２５０．１４．０～５．０余量ＲＤ表示轧制方向；ＴＤ表示轧件的横向；ＮＤ表示轧制面的法向图１　板材轧制变形及取样方式示意图　　为观察轧制板材截面微观组织，试样从２４０＃粒度的金相水磨砂纸逐级研磨至３０００＃粒度，后进行机械抛光，抛光剂为０．５μｍＡｌ２Ｏ３悬浊液，去离子水清洗并用冷风吹干待用。将机械抛光的试样在Ｋｅｌｌｅｒ腐蚀试剂（ＨＦ２ｍＬ，ＨＣｌ３ｍＬ，ＨＮＯ３５ｍＬ，Ｈ２Ｏ１９０ｍＬ）中浸蚀６０ｓ，然后在３０％ＨＮＯ３（体积分数）中漂洗５ｓ除去表面的腐蚀产物，之后用去离子水清洗，冷风吹干制成金相试样。将机９５吴海鹏，等：５１８２铝合金轧制板材截面亮线组织形成机理研究械抛光的试样进行电解抛光制备可供ＥＢＳＤ分析的试样。抛光电解液为１０％ＨＣｌＯ４＋９０％Ｃ２Ｈ５ＯＨ（体积分数），抛光电压为１４Ｖ，时间为４５ｓ，电解液温度控制在（２５±３）℃，酒精漂洗，冷风吹干。使用ＬＥＣＡＭ５０００金相显微镜和ＺｅｉｓｓＳｉｇｍａＨＤ场发射扫描电子显微镜（配备有ＥＢＳＤ探头）观察分析试样的微观组织结构。用ＨＤＳ１０００ＴＭ数字显微硬度计对浸蚀后的试样沿截面ＮＤ方向进行显微硬度测定，载荷为０．２ｋｇ，保载时间为１０ｓ，测量点间隔０．１ｍｍ。２　实验结果２．１　光学显微组织观察５１８２铝合金轧制板材ＲＤＮＤ面金相照片如图２（ａ）所示，可以观察到轧制板材经浸蚀后ＲＤＮＤ面中心区域呈现出一条白亮带，白亮带两侧表层区域较为暗淡。图２（ｂ）为轧制板材表层区域局部放大金相照片，可以明显观察到晶界，晶粒沿ＲＤ方向呈纤维状分布。图２（ｃ）为轧制板材中心区域局部放大金相照片，未观察到明显晶界，表层区域及中心区域微观组织中均分布有大小不一的腐蚀坑。２．２　显微硬度测定为进一步探究轧制板材表层区域和中心区域的差异，沿板材截面ＮＤ方向进行显微硬度测定。显微硬度测定值如图３所示，显微硬度值沿板材厚度方向呈“Ｖ”形分布，中心区域显微硬度明显低于表层区域显微硬度。２．３　扫描电镜观察采用场发射扫描电镜进一步观察轧制板材经浸蚀后表层区域和中心区域微观组织结构的差异。图４（ａ）为轧制板材浸蚀后的ＳＥＭ，可测量出轧制板材的中心区域（白亮带）宽度约为２３８μｍ。图４（ｂ）为图４（ａ）中Ａ方框区域的局部放大图，更为清晰地显示了中心区域和表层区域微观形貌的差异。在后续讨论中可知图中的小坑主要是由浸蚀过程中β相（Ｍｇ２Ａｌ３、Ｍｇ５Ａｌ８）优先腐蚀所留下的。在更高的放大倍数下可以看出：表层区域组织中有大量腐蚀小坑且主要沿晶界连续分布（图４（ｃ）），而中心区域中小坑的数量明显减少且呈弥散分布（图４（ｄ））。需要指出的是，这些腐蚀坑的数量和分布表明了不同区域析出物的数量和分布。图２　５１８２铝合金轧制板材截面金相照片图３　轧制板材截面方向上显微硬度值分布０６重庆理工大学学报２．４　ＥＢＳＤ分析采用ＥＢＳＤ技术进一步观察分析轧制板材表层和中心区域的晶粒形貌和取向分布。图５（ａ）、（ｂ）分别为表层和中心区域的ＩＰＦ图。图５（ｃ）、（ｄ）分别为表层和中心区域的晶界分布图。从ＩＰＦ图中可知：轧制板材整个截面上的晶粒呈纤维状分布，为典型的冷变形组织。中心区域的晶粒尺寸稍大于表层区域晶粒尺寸，表明中心区域的变形量略小于表层区域。从晶界分布图中可知：轧制板材整个截面上晶粒内部分布着大量小角度晶界，表明轧制板材在退火过程中尚未发生明显再结晶。图４　轧制板材浸蚀处理后ＳＥＭ照片图５　轧制板材截面ＥＢＳＤ图（黑色为大角度晶界，＞１５°；灰色为小角度晶界，２°～１５°）１６吴海鹏，等：５１８２铝合金轧制板材截面亮线组织形成机理研究３　分析与讨论３．１　中心亮线形成的光学本质从金相照片（图２（ａ））中可以明显观察到：轧制板材中心位置存在一条白亮带，这是由于轧制板材不同区域微观组织对光线反射能力不同所造成的。本实验采用化学浸蚀的方法来显示金相组织。化学浸蚀过程也是一个化学／电化学溶解过程，由于各相在电解质溶液中具有不同的电极电位，可形成许