1050铝合金形变和再结晶过程中的织构演变研究

摘要

用于深冲制品的铝合金板材不仅要求具有高强度，低厚度，而且要求有较低的制耳率和优良的深冲变形性能。多晶材料在塑性加工及热处理过程中产生的织构使板材产生力学性能各向异性，从而直接影响材料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。
　　 本论文以1050铝合金板为实验材料，从理论分析和实验研究两方面入手，重点研究了1050铝合金板在热轧、冷轧及退火条件下显微组织和织构的演变规律；并研究了采用激光毛化辊轧制条件下1050铝合金的表面形貌、织构及性能的演变特征；结合实验结果，进一步研究了不同工艺参数对1050铝合金板材组织及织构的影响机理。
　　 不同轧制工艺实验结果表明：1050铝合金热轧织构以Rotated Cube-{001}<110>织构为主。随热轧变形量的增加，旋转立方织构组分减少，轧制织构组分增加。冷轧后，其织构表现出典型的“铜式”冷轧织构特征，即Cu-{112}<111>，S-{123}<634>和Bs-{110}<112>织构组分。随着冷轧变形量的增加，这些织构组分的取向密度不断增强。研究发现冷轧初始织构及冷轧道次压下量影响冷轧织构的组成。减小道次压下量有利于降低最终成品板材形变织构的强度。显微组织观察表明，在热轧样品中可观察到沿轧向伸长的变形组织，变形组织内部一些区域有亚晶粒产生；冷轧样品中纤维状组织内部形成许多位错胞，胞壁上有大量位错聚集，胞内位错密度较低，随着冷轧变形量的增加，变形组织内位错胞数量增多，尺寸减小。
　　 不同退火工艺的研究结果表明：冷轧变形量、退火温度是影响板材再结晶程度的重要因素。冷轧变形量越大，板材形变储能就越高，再结晶驱动力越大，相同温度退火后再结晶程度越高，晶粒越细小，再结晶织构组分越多。退火温度对再结晶织构有显著影响。对热轧97％、冷轧90％样品退火后，随着退火温度的升高，形变织构逐渐减弱，立方织构增强。360℃×120min退火后，再结晶基本完成，立方织构取向密度达最大，但仍有少量冷轧织构存在。退火后的力学性能随再结晶程度的变化而发生改变。回复阶段时抗拉强度由于位错密度的下降略有降低，再结晶开始后急剧下降，同时延伸率迅速增加。至完全再结晶后，两者的变化速度又开始降低。
　　 采用织构多晶体连续介质力学(CMTP)塑性理论分析了制耳与织构间的相互关系，根据不同织构的制耳倾向指数预估制耳率的大小及类型，并结合深冲实验结果，建立了深冲制耳率与织构的定量关系。结果表明：再结晶温度以下退火，样品以轧制织构为主，此时易出现45°制耳倾向，且制耳率较高。再结晶开始后立方织构和R织构逐渐增加，轧制织构与再结晶织构共存，此时易形成0°/90°和45°方向制耳，其制耳沿0°、45°、90°方向均匀分布，制耳率仅为2.5％～4％，具有较低的各向异性。完全再结晶后，退火温度继续升高，样品中形成强立方织构，易形成0°/90°制耳倾向，制耳率又开始上升。
　　 研究了激光毛化工艺对1050铝合金织构及性能的影响规律。系统分析了毛化加工参数及冷轧压下量对1050铝合金性能的影响机理。结果表明：采用激光毛化辊冷轧后，样品的冷轧织构主要包括S、Bs和Cu织构组分。再结晶退火后形成了以旋转立方取向、立方取向及随机取向为特征的再结晶织构；力学性能及深冲性能测试表明，毛化后板材的抗拉强度与普通板材接近，塑性略高于普通板材。毛化板材在不同退火温度的制耳率均低于普通板材。在360℃退火时制耳率<3％。具有最低的各向异性。

目录

文摘

英文文摘

CONTENTS

第1章 绪论

1.1 铝合金及其相关性能

1.1.1 铝及铝合金的发展现状

1.1.2 深冲铝合金的研究进展

1.2 轧辊表面毛化技术及其研究现状

1.2.1 轧辊表面毛化技术研究进展

1.2.2 激光毛化技术应用现状

1.3 织构的形成与演变

1.3.1 织构及其测算

1.3.2 形变织构及塑性变形机制

1.3.3 再结晶织构及其形成机制

1.4 织构的定量分析

1.4.1 ODF分析法

1.4.2 晶粒的三维取向分布函数

1.4.3 利用极图计算ODF

1.4.4 晶体取向分布图(ODF)的分析

1.5 铝合金板材的织构与制耳效应

1.5.1 冲压制耳

1.5.2 织构与制耳控制

1.6 本论文的研究目的、意义和内容

第2章 样品制备与试验方法

2.1 样品制备

2.1.1 试验材料

2.1.2 试验方案

2.1.3 热轧与冷轧工艺设计

2.1.4 激光毛化工艺设计

2.1.5 退火工艺设计

2.2 检测与分析

2.2.1 显微组织观察

2.2.2 SEM观察

2.2.3 TEM观察

2.2.4 织构检测与分析

2.2.5 力学性能测试

2.2.6 板材成型性能测定

2.3 本章小结

第3章 1050铝合金轧制过程中显微组织及织构演变

3.1 引言

3.21050铝合金热轧显微组织和织构

3.2.11050铝合金热轧显微组织

3.2.21050铝合金热轧织构

3.31050铝合金冷轧显微组织及织构演变

3.3.1 热轧97％的Ⅰ组样品冷轧过程中的组织演变

3.3.2 热轧97％的Ⅰ组样品冷轧过程中的织构演变

3.3.3 热轧99％变形量的Ⅱ组样品冷轧过程中的组织及织构演变

3.4 层错能对冷轧织构的影响分析

3.5 热轧及冷轧变形程度对轧制织构的影响分析

3.6 本章小结

第4章 1050铝合金退火过程中显微组织及织构演变

4.1 引言

4.2 冷轧变形量对1050铝合金再结晶组织和织构的影响

4.2.1 不同冷轧变形量样品退火后的显微组织

4.2.2 不同冷轧变形量样品的再结晶织构

4.2.3 冷轧变形量对再结晶织构的影响分析

4.3 退火温度对1050铝合金再结晶组织及织构的影响

4.3.1 不同退火温度下样品的组织演变

4.3.2 不同温度退火后样品的再结晶织构演变

4.3.3 退火温度对再结晶织构的影响分析

4.4 退火温度对1050铝合金力学性能的影响

4.4.1 不同退火温度下1050铝合金的力学性能

4.4.2 再结晶程度对1050铝合金力学性能的影响

4.51050铝合金深冲性能

4.6 退火过程中晶粒取向的变化

4.7 织构对各向异性的影响分析

4.8 织构与深冲制耳的定量关系分析

4.9 本章小结

第5章 激光毛化辊轧制对1050铝合金织构及性能的影响

5.1 引言

5.2 激光毛化工艺及冷轧压下量对板材表面形貌的影响

5.2.1 不同激光毛化工艺下板材的表面形貌

5.2.2 不同冷轧工艺下板材的表面形貌

5.2.3 激光毛化辊对板材表面质量的影响分析

5.3 激光毛化工艺及冷轧压下量对板材形变织构的影响

5.3.1 不同激光毛化工艺下板材的形变织构

5.3.2 不同冷轧工艺下板材的形变织构

5.4 激光毛化工艺及冷轧压下量对板材性能的影响

5.4.1 不同激光毛化及冷轧工艺下板材的力学性能

5.4.2 不同激光毛化及冷轧工艺下板材的各向异性

5.5 激光毛化工艺对1050铝合金再结晶织构及性能的影响

5.5.1 不同工艺下板材的再结晶显微组织

5.5.2 不同工艺下的板材再结晶织构

5.5.3 不同退火温度下板材的力学性能

5.5.4 不同退火温度下板材的深冲性能

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文及科研成果

致谢