以正交设计法探究影响高Mg合金厚板屈服强度的关键因素

2018-06-26王冬成

有色金属加工 2018年3期

王冬成

(东北轻合金有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150060)

5083铝合金属于Al-Mg系合金，具有良好的焊接性能、耐腐蚀性能及机械加工性能，因其综合性能优良而被广泛应用，是制造模具、罐体、船壳、钻井设备、电视塔等物品的重要材料。生产过程中，我们发现5083合金厚板屈服强度稳定性差，部分性能指标超出标准要求，不能满足用户的使用需求，造成大量产品因屈服强度不合格而报废。因此，本试验采用正交设计的实验方法，探究影响厚板屈服强度的关键因素，而后通过调整关键影响因素的工艺参数，确保5083合金厚板屈服强度的稳定性。从而为生产提供理论依据，为生产优质的5083铝合金厚板提供保证。

1 试验方案

1.1 试验材料选择

本试验采用熔铸分厂半连续铸造方法生产的5083合金铸锭，其化学成分(质量分数)为，Si≤0.4%，Fe≤0.4%，Cu≤0.1%，Mn0.4%～1.0%，Mg4.0%～4.9%，Cr0.05%～0.25%，Zn≤0.25%，Ti≤0.15%，Al余量。试验料的生产工艺为，熔铸→均火→锯切→铣面→加热→热轧→退火→拉伸→锯切成品尺寸→验收。

1.2 试验内容

根据生产经验，我们选取了4个影响板材屈服强度的因素，分别为镁(Mg)元素含量、锰(Mn)元素含量、热轧终了温度、退火温度，每个因素设置3个水平，因素水平一览表如表1所示。本实验采用L9(34)正交表，如表2所示。

表1 因素水平一览表

2 试验结果及分析

2.1 试验结果

试验结果及极差计算过程如表3所示。

2.2 结果分析

2.2.1 镁(Mg)元素含量对板材屈服强度的影响

由表3可知，因素1的极差最大，说明Mg元素含量对板材屈服强度的影响最大，含镁量高的合金板材，屈服强度随之升高。镁含量每增加0.3%(wt.%)屈服强度平均提高17.5MPa。Mg做为5083合金中的主要强化元素，具有一定的强化作用。随着镁含量的增加，合金中β相(Mg5Al8)也随之增加，因β相在共晶组织中呈骨骼状，硬度较大，β相增加必然导致合金强度升高。因此镁合金应控制在范围上限，能保证得到屈服强度指标较好的合金板材。

2.2.2 锰(Mn)含量对板材屈服强度的影响

由表3可知，Al-Mg合金中添加锰(Mn)，随着锰含量的增加，合金强度有所升高，合金元素锰可以起到补充强化的作用，比等量的镁效果更好。另外，合金中加入锰还可以降低热裂倾向，使β相均匀沉淀，改善合金的耐腐蚀性能和焊接性能，因此锰应控制在范围上限。

表2 L9(34)正交表

表3 试验结果及极差计算

2.2.3 热轧终了温度对板材屈服强度的影响

开轧温度为450℃～480℃的铸块，经热轧由450mm轧至10mm，测其轧制终了温度分别为325℃、356℃、348℃，切取试样进行组织及性能检测。屈服强度检测结果如表3所示，板材组织如图1所示。

图1 5083合金热轧板偏光组织(终轧温度356℃)Fig.1 Polarized microstructure of 5083 alloy hot rolled plate (finish rolling temperature 356 ℃)

由图1可知，板材显微结构以变形组织与再结晶组织共存。从表3可以看出，随着热轧终了温度的升高，板材屈服强度随之降低。这是由于变形温度越高，则回复与再结晶进行得更加充分，致使合金板材得到较低的屈服强度。然而，由于热轧终了温度都较高，均在320℃以上，屈服强度变化并不显著，故热轧终了温度不必严格控制。

2.2.4 退火温度对板材屈服强度的影响

退火温度对5083合金厚板屈服强度的影响如表3所示。从表3中可以看出，随着退火温度升高，5083合金板材屈服强度变化比较平缓。热加工时，金属内部同时进行着加工硬化与动态再结晶软化两个过程，热加工停止后，金属内部靠加工余热又发生了静态再结晶行为，因而退火前板材内部以纤维组织与再结晶组织并存。热轧温度为450℃～480℃，较低的退火温度(100℃～250℃)不会对热加工后的板材组织与性能造成太大影响。只是在270℃以上退火时，金属内部纤维组织会发生一定程度的回复与再结晶行为，因而退火板材强度有所降低，延伸率有所提高，但变化并不明显。从综合腐蚀因素角度考虑，板材退火温度应控制在270℃～280℃。