加工工艺对铸轧3003铝合金再结晶组织与织构影响的研究

摘要

3003铝合金是以 Mn为主要合金元素的非热处理强化型铝合金，因其具有良好的耐蚀性、焊接性以及中等强度而得到大量应用。虽然铸轧法生产3003铝合金板坯料具有投资小、效率高等优点，但由于其工艺特点，在铸轧过程中冷却速度快、表层中心冷却速度不一致使中心偏析严重，并且基体中产生Mn过饱和固溶体。后续退火过程中含Mn弥散相大量析出从而显著地影响再结晶行为，一般容易产生极其粗大、且不均匀的再结晶组织，对其力学性能和表面质量均产生不利影响。因此，本文中以晶粒大小和组织均匀性的控制作为出发点，通过硬度、电导率、金相、扫描电镜等表征手段，探讨预退火工艺、变形量及终退火温度等加工工艺对终退火过程中再结晶组织和织构的影响。主要结论如下：
　　（1）研究了不同预退火工艺对铸轧板坯料组织的影响规律，结果表明：原始铸轧板基体中存在大量Mn元素，初生相主要在枝晶和晶界处沿轧向分布，第二相粒子尺寸较小；单级预退火包括460℃×12h和620℃×12h两种工艺：460℃×12h预退火虽能促进Mn元素的析出，显著降低铝基体中过饱和固溶度，但析出相的尺寸较小；620℃×12h预退火处理后第二相尺寸较大，但仍残留了一定量的Mn原子固溶在基体中。经620℃×12h+460℃×12h双级预退火处理后的板材过饱和固溶度显著降低，并形成了大量的粗大粒子（＞1μm），此种预退火方式能够有效地降低后续退火过程中弥散相析出，同时有利于粒子诱发再结晶形核（PSN）。
　　（2）探讨了预退火工艺、冷轧变形量和终退火温度对板材再结晶组织和织构的影响。研究表明：①在终退火过程中，未经预退火和经460℃×12h预退火处理后的板材再结晶组织粗大；经620℃×12h预退火处理板材的晶粒尺寸明显减小，但表层晶粒相对粗大，组织均匀性较差；经620℃×12h+460℃×12h预退火处理后的板材终退火时不仅获得了相对细小且均匀的晶粒组织，而且提高了立方织构的含量；②提高冷轧变形量和终退火温度均能细化再结晶晶粒，提高整体组织的均匀性和Cube织构含量。这是由于增加形变量和退火温度均能够使再结晶发生在析出之前，尽可能地避免了退火过程中析出的弥散相与再结晶的交互作用。
　　（3）铸轧3003合金板材的最优加工工艺为：620℃×12h+460℃×12h预退火、90％冷轧变形量、500℃终退火，在此条件下板材获得均匀细小（50μm）的晶粒组织和较多的立方织构（ Cube{001}<100>， ND-cube{001}<310>），再结晶激活能（Q=75.55KJ/mol）最低，Avrami指数（n=2.614）最大。

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1 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 3003铝合金概述

1.3 金属的再结晶理论

1.4 影响再结晶行为的因素

1.5 本文的研究目的、内容及意义

2 实验材料及方法

2.1 实验路线及工艺

2.2 原材料及处理方法

2.3 试样制备

2.4 表征方法

3 预退火处理对铸轧3003铝合金板材组织的影响

3.1 预退火处理后铸轧板的显微组织表征

3.2 本章小结

4 预退火工艺、冷轧变形量及退火温度对组织和织构的影响

4.1 预退火工艺对再结晶组织和织构的影响

4.2 冷轧变形量对再结晶组织和织构的影响

4.3 退火温度对再结晶组织和织构的影响

4.4 结果讨论与分析

4.5 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

附录

作者攻读学位期间发表的论文发表