Mg、Cr、Si對5052鋁合金結(jié)晶區(qū)間和性能的影響.pdf

1、5xxx系鋁合金具有強(qiáng)度高、耐腐蝕性好和易于加工成形等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。其中5052鋁合金是5xxx系中應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品之一，它具有中高強(qiáng)度、良好的抗疲勞性能和焊接性能、耐海洋大氣腐蝕性好等特點(diǎn)，5052鋁合金板材普遍應(yīng)用于航天、汽車、建筑、機(jī)械等行業(yè)。一般情況下，5052鋁合金是通過開坯熱軋法生產(chǎn)，該工藝生產(chǎn)線較長、工序復(fù)雜、生產(chǎn)成本高。與之對比，高通量連鑄連軋工藝是一種新型高效的鋁合金板帶坯料生產(chǎn)工藝，具有高流速、短流程、成本低、

2、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。目前高通量連鑄連軋生產(chǎn)的5052鋁合金板材主要存在的問題是5052鋁合金結(jié)晶區(qū)間大，容易產(chǎn)生偏析、疏松等缺陷，這些缺陷具有很強(qiáng)的“遺傳性”，會(huì)隨著后續(xù)的軋制和退火遺傳到成品板材中，直接影響到最終成品板材的性能，導(dǎo)致成品板材性能不太理想。本文主要從合金源頭出發(fā)，通過改變5052鋁合金成分配比，在保證成品板材性能的條件下降低5052鋁合金的結(jié)晶區(qū)間。首先進(jìn)行模具設(shè)計(jì)及鋁液凝固過程模擬，在實(shí)驗(yàn)室條件下，得到與連鑄連軋大工業(yè)生產(chǎn)

3、冷卻速度、結(jié)晶方向一致的澆鑄模具;其次調(diào)整Mg、Cr、Si的含量獲得7mm厚的5052鋁合金鑄板，后續(xù)進(jìn)行冷軋及退火得到1mm厚成品板材。通過顯微組織分析、DSC分析、能譜分析、力學(xué)性能測試、杯凸實(shí)驗(yàn)、耐腐蝕測試等手段研究了Mg、Cr、Si含量對5052鋁合金結(jié)晶區(qū)間和力學(xué)性能的影響，并探究了其再結(jié)晶規(guī)律，為用于高通量連鑄連軋大批量生產(chǎn)5052鋁合金板材提供一定的理論指導(dǎo)。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)設(shè)計(jì)了壁厚為25mm的澆鑄模

4、具，鑄板厚度為9mm;對鋁液凝固過程進(jìn)行數(shù)值模擬，鋁液冷卻速度大小為9.6℃／s左右(連鑄連軋生產(chǎn)線7℃/s～9℃/s)，其結(jié)晶方向?yàn)閺哪＞邆?cè)壁向中間結(jié)晶，測得鑄板的實(shí)際晶粒尺寸大小在90μm～98μm之間（連鑄連軋生產(chǎn)線95μm左右），基本保證了在實(shí)驗(yàn)室條件下澆鑄鑄板與連鑄連軋生產(chǎn)條件基本一致。
　　(2)5052鋁合金的Mg含量相同時(shí)，添加0.15％～0.35％的Cr，其對結(jié)晶區(qū)間基本無影響;5052鋁合金結(jié)晶區(qū)間大小與Mg含

5、量有關(guān)，結(jié)晶區(qū)間隨著Mg含量的降低而減小，Mg含量從2.8％降到2.0％，結(jié)晶區(qū)間減少8℃，結(jié)晶區(qū)間減少，流動(dòng)性升高，合金偏析程度減少。
　　(3)Cr含量相同時(shí)，5052鋁合金的力學(xué)性能隨著Mg含量的增加而增大，Mg含量增加0.3％，抗拉強(qiáng)度增大10MPa;Mg含量相同時(shí)，Cr含量增加0.1％，抗拉強(qiáng)度增大6MPa，增加相同含量的Mg和Cr，后者的強(qiáng)化效果要高于前者。因此，可以適當(dāng)降低Mg的含量，增加微量的Cr，保證了合金的力學(xué)

6、性能。
　　(4)添加Si元素后，合金中主要相組成為Al-Mg相和A1-Mg-Si相;Si含量從0.15％升至0.35％，其結(jié)晶區(qū)間減少了5℃。鋁合金中Si易與Mg形成Mg2Si相，Si奪去了一定的Mg使鎂含量減少，而Mg含量又與結(jié)晶區(qū)間有直接聯(lián)系，因此導(dǎo)致結(jié)晶區(qū)間進(jìn)一步減小，流動(dòng)性升高，偏析程度降低。
　　(5)Mg含量不變時(shí)，隨著Si含量的增加，合金板材的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度增大，延伸率降低，Mg含量為0.35％時(shí)強(qiáng)度達(dá)到