再结晶织构对铝合金板材力学性能的影响.pdf

河北工业大学硕士学位论文 v 再结晶织构对铝合金板材力学性能的影响再结晶织构对铝合金板材力学性能的影响 摘摘 要要 用于深冲制品的铝合金板材不仅要求具有较高的强度，较小的厚度，而且要求较低的制耳率和优良的深冲变形性能多晶材料中的织构直接影响铝合金的制耳率和深冲性能由于织构的存在带有普遍性，研究形变织构和再结晶织构及其所造成的材料的各向异性，对于材料的使用以及提高材料的性能有着极为重要的意义 本文分别用蚀坑法和取向分布函数法测定了铝合金板材的织构，系统研究了形变量、退火条件、Fe 元素含量对再结晶织构和力学性能的影响规律 研究和分析表明，冷轧铝合金板材的形变织构主要由铜型织构、黄铜型织构和 S 织构组成；再结晶织构主要由高斯织构、R 织构、立方织构和铜型织构组成C 织构、B 织构和BR 织构均有降低 45°方向强度的作用， R/S 织构和 G织构则可以提高 45°方向的强度B 织构和 R/S 织构有使横向强度高的作用，而 C 织构有使轧向强度高的作用 随退火温度的升高和退火时间的延长，强度和延伸率的各向异性减小增加 Fe 含量可提高再结晶温度，延缓再结晶过程退火前后力学性能的各向异性均表现为 45°方向延伸率最大，横向强度最高，但退火后比退火前明显减小很多。

随形变量增加，立方织构分量减小，而 R/S 织构较强，退火强度和延伸率的各向异性均增加 关键词：关键词：铝合金，形变织构，再结晶织构，蚀坑法，ODF，力学性能 河北工业大学硕士学位论文 vi Influence of Recrystallization Texture on Mechanical Property of Aluminum Alloy Sheets ABSTRACT Aluminum alloy deep- drawing plates were used more and more these years. High strength, thin sheet and little earing were needed. Texture has effect on earing and deep- drawing property. The texture is widespread in materials, so recrystallization texture and anisotropic property are important for the mechanical property of materials. By means of the pit- etching and Orientation Distribution Function recrystallization texture was determined. The paper systematically researched the influence of formation, condition of annealing, content of Fe element on the recrystallization texture and mechanical property. By research and analysis, deformation texture of cold rolled aluminum alloy sheets consists of Copper, Brass and S texture; recrystallization texture consists of Goss, R, Cube and Copper texture. Copper, Bress and Brass R texture reduce the strength of 45°orientation. R/S and Goss texture enhance the strength of 45°orientation. Brass and R/S texture enhance the strength of 90°orientation. Copper texture enhances the strength of 0°orientation. The anisotropy of strength and elongation decreases, when the temperature and time of annealing increase. The content of Fe increases, and recrystallization temperature increases. The anisotropy of elongation of 45°orientation is maximal. The anisotropy of strength of 90°orientation is maximal. The anisotropy of strength and elongation decreases clearly after annealing. When deformation increases after annealing, Cube texture decreases and R/S texture is strong, so the anisotropy of strength and elongation increases. Keywords: aluminum alloy, deformation texture, recrystallization texture, pit- etching, ODF, mechanical property 河北工业大学硕士学位论文 1第一章第一章 绪论绪论 20 世纪中期以来，新材料成为促进科学技术以及各个工业部门高速发展的巨大动力，每个国家都投入大量的人力和资金不断开发新材料。

铝合金的生产虽然只有 200 年的历史，但由于铝具有储量大、密度小、比强度高、导电性好、耐腐蚀性能优良等特点，使之在多个领域获得了较快的发展和应用统计资料表明[1]，1940 年全球的铝产量仅 100 万吨，1970 年增至 1000 万吨，1985 年达 2000 万吨，现在则已经超过 2400 万吨，是目前世界上仅次于钢铁的第二大金属材料铝的比重小于铁和铜，是适合于轻型零件的最佳材料通过添加铜、镁、硅等元素进行合金化可提高铝的强度和可加工性铝及其合金在电器、造船、交通运输、建筑等工业方面都有重要的应用，其中最主要的还是作航空航天材料近年来，铝合金材料技术的进步与运输机的发展密不可分[3、4]，铝合金更是汽车和铁道车辆实现轻量化的首选材料[5、6]，另外，热交换器也呈现铝化趋势 [7] 二战之前铝材主要用于军事目的，为了医治战争创伤和美化城市，二战以后到 20 世纪 60 年代，铝材大量应用于民用建筑结构、容器包装业、交通运输业、电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济部门以及人民日常生活之中我国的铝合金铸件和铝合金型材制品已从 20 多年前主要用于航空航天等军事工业，发展到大量用于国民经济的各个部门，在现代经济生活中有着不可替代的作用。

现在世界各国军工和民用工业中使用量最多的有色金属材料便是铝及铝合金， 预计今后仍将在国防和国民经济中占有重要地位各国政府将铝材视为战略必争物资而对其发展给予以规划、引导与支持20 世纪末美国能源部的铝工业技术指南计划、 日本启动的超级铝计划都旨在通过技术创新进一步降低铝材生产的能耗和提高铝材品质， 使其具有更强的适应能力与更高的使用价值 我国在铝合金的研究方面也取得了很大的进展，先后开发出实用性很强的高强高韧性铝合金、铝－锂合金、粉末冶金铝合金、喷射沉积铝合金及铝基复合材料[2] 近年来铝合金在深冲制品上的应用越来越多， 人们已经认识到对罐用铝合金的要求已不仅是强度和刚度，而且还必须考虑抗腐蚀性、深冲和变薄拉深性能目前已把这三项列为铝合金的主要考核指标，只有在这几方面同时满足了铝合金使用要求的情况下，才称得上具备了良好的综合性能[8]罐体铝材的发展要求铝合金板材具有高的强度、 罐体厚度进一步减薄和低的制耳率、 优良的深冲变形性能等综合性能近年来，调整热轧、冷轧变形工艺、发展新的热处理规范（包括均匀化退火及中间退火等） 、精确调控合金的组织结构，成为提高罐体铝材综合性能的重要方向[9－12]。

河北工业大学硕士学位论文 2 §§1-1 铝合金的分类铝合金的分类 以铝为基体的合金相图大多属于共晶型，如图 1.1 所示根据铝合金的化学成分和生产加工方法，可以把铝合金分为变形铝合金和铸造铝合金两类[13、14]成分位于 B 点以左的合金，都可通过加热得到单相固溶体， 塑性变形能力较好， 适于进行冷、 热加工， 故这些成分的合金属于变形合金(Wrought alloys)近年来，由于加工技术的发展，变形合金的成分已扩展至 F 点变形合金又可以分为不可热处理强化的合金和可热处理强化的合金合金成分低于 D 点的，只有固溶强化，合金成分大于 D 点的，因为固溶体溶解度可以随温度变化，故能够通过热处理强化共晶点附近成分的合金，其组织中含有共晶体，流动性好，宜于铸造，称为铸造铝合金（Casting alloys） 变形铝合金适用于以压力加工方法生产的铝及铝合金加工产品，主要有：板、带、箔、管、棒、线和锻件，其中铝箔是铝加工生产中工序最多、加工技术难度最大、厚度最薄的铝板材产品各国对铝箔最大厚度的界定标准不一， 美国和英国为 0.15mm， 意大利为 0.05mm， 瑞典为 0.04mm， 德国为 0.02mm，中国、俄罗斯、法国和日本为 0.20mm[15] 。

铝箔生产涉及了从热轧、冷轧到箔轧的多个轧制工艺以及若干环节的热处理工艺铝箔的生产水平代表着铝加工工业的先进程度和发展水平自从法国人A.Gautschi于1903年在二辊轧机上用平张叠轧的方法轧出厚度为0.05毫米的铝箔样品， 瑞士人R.U.Nene于 1910 年用装有前后卷取设备的轧机轧出成卷的铝箔，从而使铝箔生产工业化以来，世界铝箔工业经历了 90 年的迅速发展，产品的规格种类不断增加，生产工艺设备不断改进[16、17] 图 1.1 各类铝合金在相图上的成分范围 Fig.1.1 Composition range of the various aluminum alloys on the diagram 河北工业大学硕士学位论文 3§§1-2 变形铝合金薄板研究背景及现状变形铝合金薄板研究背景及现状 变形铝合金薄板应用广泛，主要用于电容器、包装工业、空调和装饰等，其中包装工业用铝合金量最大以易拉罐用铝合金为例，全铝易拉罐自 20 世纪 60 年代初于美国问世以来，以其质轻、耐腐蚀、热传导性好、加工成型性好、易再回收利用、美观等一系列的优点，一直是啤酒、碳酸饮料等的包装容器随着经济的发展和人民生活消费水平的提高，易拉罐的需求量也在不断增大。

北美地区易拉罐产销量均居全球首位， 该地区易拉罐生产线共有 169 条， 生产的平均速度为 1522 罐/分， 年总生产能力约 1090亿只，市场需求量约 1100 亿只中国占全球饮料消费总量的 75%，2000 年对易拉罐的需求量达 1070亿只，占世界第一位[18、19]易拉罐需求量的增大也必然推动着易拉罐用铝板材生产的发展目前世界各国在全铝易拉罐生产中普遍采用的铝合金板卷主要有三种[20]，即罐体用 3004H19 铝合金板卷、罐盖用 5182H19 铝合金板卷、拉环用 5042H19（或 5082H19、5182H19）[21]铝合金板卷，这三种铝材中，用量最大的为罐体材料，占总量的 2/3 以上 我国的易拉罐制造业相对于发达国家起步较晚， 1985 年 10 月中国首条。