秦颐鸣，李德元，赵解扬

(1.广西平果百矿高新铝业有限公司，广西 百色 531400； 2.百色百矿集团有限公司，广西 百色 533000)

近年来，随着轨道交通、智能通讯等先进装备制造业的发展，越来越多的铝合金结构件采用板材弯曲成型，因此，对铝合金板材的弯曲性能提出了更高要求[1-2]。

一般采用支撑式弯曲法检测铝合金板材的弯曲性能，试验标准有GB/T 232、ISO 7438、ASTM E2180等，在弯曲试验后用肉眼观察，试样弯曲外表面无可见裂纹则评定为合格，而用户一般要求的板材弯曲性能满足使用工艺要求往往高于相关标准(比如EN 485、GB/T 3880)。不同用户的工艺弯曲参数繁多，促使铝合金板材供应商改造或购买大型的弯曲试验设备，来满足特殊客户的工艺弯曲测试方法要求，且难以定量化板材弯曲性能并用于指导生产。

5182铝合金作为工业生产中广泛应用的一种铝合金，具有中等强度、良好的耐蚀性和焊接性等特点，主要用于加工易拉罐盖、汽车板等[3-4]。本研究选择国内产量较大的5182-H111板材为研究对象，通过大量检测5182-H111板材的拉伸性能(强拉强度、屈服强度、伸长率)和弯曲性能，摸索可以表征5182-H111板材弯曲性能的定量化指标，并用于指导板材弯曲性能判定和生产。

1 试验研究方法

1.1 试验材料与方法

试验用5182-H111板材主要成分(质量分数)符合GB 31180-2008标准的要求，Si 0～0.20%，Fe 0～0.35%，Cu 0～0.15%，Mn 0.20%～0.50%，Mg 4.00%～5.00%，Cr 0～0.10%，Zn 0～0.25%，Ti 0～0.10%。试验用板材经过半连续铸造→均热→热轧工序，选择4mm、6mm和8mm厚的5182-H111板材为研究对象，检测同一块板材的拉伸性能和弯曲性能。

板材弯曲性能试验方法为支撑式弯曲，参照ISO 7438执行，如图1所示，板材的弯曲试验按照EN485标准的要求进行弯曲，弯曲角=180°，折弯半径=t(板材厚度)。弯曲试验后通过肉眼观察板材表面形貌对弯曲裂纹进行等级判定。板材拉伸试验方法参照GB/T 228.1进行，采用美特斯CMT5305型材料试验机。应该指出，本研究中弯曲试验和拉伸试验的板材取样方向为轧向。

图1 板材弯曲过程示意图Fig.1 Diagram of plate bending test

2 结果与分析

2.1 板材拉伸性能和弯曲性能

通过肉眼观察经过弯曲试验的板材表面，将板材弯曲裂纹划分为5个等级，各个等级特征如表1所示，弯曲裂纹等级数越小，板材弯曲性能越好。

表1 试验板材弯曲裂纹等级

图2为5182-H111板材的拉伸性能和弯曲裂纹等级(Q)之间的关系，图中的实心圆为同一弯曲裂纹等级板材的力学参数平均值。可以看出，(1) 弯曲裂纹等级(Q)和抗拉强度之间没有明显的对应关系，如图2(a)所示；(2) 随着屈服强度的降低，弯曲性能有提高的趋势，如图2(b)所示；(3) 板材伸长率和弯曲裂纹等级(Q)之间存在较为明显的线性关系，延伸率越高，板材弯曲性能越好，如图2(c)所示。由于5182-H111板材的伸长率A和Rm-Rp0.2(抗拉强度与屈服强度之差)之间为线性关系为A=0.16(Rm-Rp0.2)+6.5，如图2(d)所示，当板材抗拉强度不变，降低屈服强度，可以提高板材的伸长率，进而提高板材的弯曲性能。可见，板材伸长率可以表征弯曲性能。

图2 5182-H111板材弯曲裂纹等级和力学性能之间的关系Fig.2 Relationship between bending properties and mechanical properties of 5182-H111 plate

2.2 板材弯曲裂纹原因宏观分析

5182-H111板材的伸长率和弯曲裂纹等级之间存在较为明显的线性关系，说明可以采用伸长率来定量化板材的弯曲性能。板材的弯曲过程如图1所示，假设弯曲过程中压头和板材的相切点为A、C点，并且板材厚度中心线Lc长度保持不变，因此板材的AC侧受压，而BD侧受拉，那么在弯曲过程中板材BD侧的实际伸长率A为：

A=(Le-Lc)/Lc=(t/2)/(t/2+r)

(1)

式中，t为板材厚度，mm；r为压头半径或弯曲半径，mm。可见，在理想的弯曲过程中板材延伸率随着t增大或r减小而增高，并与弯曲角度Φ无关。在板材厚度t不变的情况下，提高伸长率A，板材表面产生弯曲裂纹的临界弯曲半径r则变小，说明提高板材伸长率可以提高板材的弯曲性能，如公式(1)所示。

为了验证公式(1)是否合理，对3种厚度(板厚4mm/6mm/8mm)规格5182-H111板材进行不同弯曲半径的弯曲试验，折弯角度为180°，弯曲性能统计结果如表2和图3所示。随着板厚增大，产生弯曲裂纹的弯曲半径也增大。根据表2中板材的延伸率和公式r=(t/2)×(1-A)/A，可以计算板材产生弯曲裂纹的临界弯曲半径(图3中实线所示)，可见大于临界弯曲半径的板材均不产生弯曲裂纹，而低于临界弯曲半径的板材均产生弯曲裂纹。统计结果表明，通过公式r=(t/2)×(1-A)/A，板材的延伸率可以较为准确地定量化表征板材的弯曲性能。

表2 3种厚度规5182-H111板材的弯曲性能统计

注：弯曲角度为180°；☆表示无裂纹；★表示有细微裂纹；★表示有可见裂纹

图3 3种厚度规格5182-H111板材的临界弯曲半径Fig.3 Critical bending radiuses of 5182-H111 plates

根据板材厚度t和弯曲半径r，可以计算产生弯曲裂纹的板材临界伸长率AO，如公式(1)所示，如果板材伸长率A≥AO，则板材弯曲无裂纹，否则产生弯曲裂纹。本研究采用(A-AO)/AO作为板材产生弯曲裂纹的临界弯曲裂纹参数，(A-AO)/AO值为负值且越小，说明板材产生弯曲裂纹的可能性越高或弯曲裂纹等级越高。实际生产条件下5182-H111板材弯曲裂纹等级和(A-AO)/AO之间的关系如图4所示，可以看出，当(A-AO)/AO值为负值且越小，板材裂纹等级(Q)越高，而当(A-AO)/AO值为正值且越大，板材表面无裂纹。

图4 5182-H111板材弯曲裂纹等级和(A-AO)/AO之间的关系Fig.4 Relationship between classification of bending crack and (A-AO) /AO of 5182-H111 plate

如上所述，板材伸长率和厚度、弯曲半径之间的关系式为A=(t/2)/(t/2+r)，因此板材伸长率可以定量化表征5182-H111板材的弯曲性能，弯曲裂纹参数(A-AO)/AO可以作为5182-H111板材是否产生弯曲裂纹的判断标准，但该参数是否适用于其他铝合金材料仍需要进一步验证。

3 结论

(1) 5182-H111板材伸长率和弯曲裂纹等级(Q)之间存在较为明显的线性关系，延伸率越高，板材弯曲裂纹等级越低，弯曲性能越好；

(2) 板材伸长率和厚度、弯曲半径之间的关系式为A=(t/2)/(t/2+r)，理论分析和统计结果均表明板材伸长率可以定量化表征板材弯曲性能；

(3) 可采用(A-AO)/AO作为板材产生弯曲裂纹的临界弯曲裂纹参数，当(A-AO)/AO值为正值且越大，板材表面无裂纹，在稳定化生产条件下可以不检测弯曲性能；而当(A-AO)/AO值为负值且越小，板材裂纹等级(Q)越高，需要进步一检测板材弯曲性作为出厂检验标准。

[1] Nakanishi H， Asano M， Yoshida H. Effect of aging precipitates on the bendability of an Al-Mg-Si alloy[C]//Materials Science Forum. Trans Tech Publications， 2014， 794: 572-577.

[2] 侯英玮， 王莹. 5083 铝合金弯曲性能的试验研究[J]. 大连交通大学学报， 2012，33(1): 65-68.

[3] 孟繁平. 5182 合金成分优化研究[J]. 铝加工， 2015 (3): 30-34.

[4] 王孟君，周威，任杰， 等. 汽车用 5182 铝合金的温拉深成形性能[J]. 中南大学学报 (自然科学版)，2010，41(3): 133-136.