成品退火工艺对2A12-O板材拉伸滑移线的影响

来源：意榕旅游网

《铝加工》2020年第1期总第252期技术工程

滕明和

（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆401326）

摘要：针对2A12-O板材在加工成形过程中出现的拉伸滑移线问题，提出一种全新解决方案，即在2A12板材成品退火前增加一次中温淬火的工艺，然后再进行成品退火。并且对直接退火与增加中温快速淬火两种工艺条件进行了对比分析。微观组织OM分析、SEM分析、EBSD分析、力学性能评价、拉伸滑移线及表面粗糙度评价等研究结果表明，在成品退火前增加一次中温淬火工艺，其OM组织、SEM组织、EBSD组织、力学性能、拉伸滑移线、表面粗糙度均优于直接退火工艺，可以较好地缓解拉抻滑移线的问题。

关键词：2A12-O板材；拉伸滑移线；中温淬火；微观组织分析；表面粗糙度；退火工艺中图分类号：TG146.21，TG339doi：10.3969/j.issn.1005-4898.2020.01.05

文献标识码：A

文章编号：1005-4898（2020）01-0022-05

0前言

标3190生产的2A12方铸锭，在同一熔次下选择2块规格一致的铸锭开展工艺试验。生产包铝的2A12-O产品的成品规格为1.5mm×1200mm×3000mm，其包铝板和2A12铸锭的化学成分如表1所示。

表1实验合金化学成分（质量分数/%）

化学成分基体2A12

NiZn

2A12合金作为Al-Cu-Mg系中典型的硬铝合金，具有很高的强度和良好的切削加工性能，其热状态、退火及新淬火状态下成形性能都比较好，热处理强化效果显著，被广泛应用于航空航天领域，如飞机结构（蒙皮、骨架、肋梁、隔框等）、导弹构件、螺旋桨原件及其它各种结构。2A12-O态属于完全退火状态，具有优良的成形性能及加工性能，因此，广泛用于加工形状复杂的零部件。其中部分材料在使用前需要进行拉伸处理，但拉伸量较大时，极容易出现拉伸滑移线。

金属材料的拉伸线表现为与拉伸轴线（零件的长边缘等）呈45°至60°的定向斜条纹，在力学上滑移线是连续的。但根据金属塑性变形的基本机制，晶体在切应力作用下沿着特定的晶面和晶向产生滑移，滑移结果是在表面显露出滑移台阶，而滑移台阶是原子间距的整数倍，是不连续的。因此，滑移线的物理意义是金属塑性变形时，发生晶体滑移的可能地带，只有特定的晶面和晶向的切应力达到金属的临界屈服切应力时才会使晶体产生滑移变形。

标准0.500.503.8~4.90.3~0.91.2~1.80.100.30.15实测值0.060.12标准0.300.30实测值0.050.12

4.300.010.01

0.580.050.01

1.350.050.02

包铝层1A50

余量余

0.010.060.01

量余

-0.03-量余

-0.01-量

1.2工艺路线

→热精轧→冷轧→成品退火→剪切→性能检测→包装。

中温淬火产品生产工艺路线：铣面→包铝→热粗轧→热精轧→冷轧→中温淬火→成品退火→剪切→性能检测→包装。1.3实施方案及过程

常规产品生产工艺路线：铣面→包铝→热粗轧

1试验方案

将上述试验用铸锭分别采用两种工艺进行生产，其对应的批次分别为A批次、B批次。A批次用于常规工艺的生产，B批次用于增加中温淬火工艺的生产。这2个批次在冷轧及以前的生产工艺完

1.1实验材料

本试验选择西南铝业(集团)有限责任公司按国

作者简介：滕明和（1985-），男，贵州思南人，中级工程师。收稿日期：2019-06-25·22·

全一致，成品退火工艺也一致。中温淬火工艺：在气垫炉温度、速度等条件一定的情况下，将冷轧后的B批次卷材进行快速升温及快速冷却，其工艺见表2。表2中温淬火工艺合金状态2A12成品厚度/mm1.5温度/℃390冷却水组数速度（上/下）/（m·min-1）/组10≥2水压/bar≥1（b）TS面图2B批O态组织OM形貌成品退火工艺：将两种方案的卷材进行卷式成品退火，退火工艺为金属温度380～410℃，保温1～2h，然后随炉缓慢冷却。2过程与讨论2.1微观组织OM分析分析两种工艺生产的A、B两批次O态组织的OM形貌，分别对比LS面和TS面的情况，具体见图1、图2。（a）LS面从图1和图2中可以看出，经退火处理后，晶粒保留了变形态组织的特征，LS面晶粒沿轧制方向拉长，其长径比较大，TS面的晶粒尺寸和晶粒长径比均比LS面的小。从金相组织分析可以得出，正常工艺条件下的O态组织中的晶粒保留了变形态组织特征，晶粒尺寸明显较增加了中温淬火的B批次的大；B批次O态组织中晶粒为等轴状，晶粒较为均匀。2.2微观组织SEM分析对两种工艺的O态进行微观组织SEM分析，结果如图3（传统工艺）和图4（增加中温淬火工艺）所示。从图中可以看出，两种工艺的样品均存在数量较多的相，经轧制变形破碎后，相沿轧制方向分布，其能谱分析结果见表3、表4。从能谱分析中可以看出，2A12铝合金基体组织中存在的相有Al2Cu相、富Fe相和Al2CuMg相；2A12薄板包铝层为1A50铝合金，其中1A50合金组织中固溶了一定量的Mg元素，另外存在AlFe3相。（b）TS面图1A批O态组织OM形貌（a）LS面·23·

ABCDEF

30.2846.6754.9239.1899.1474.80

Mg14.93-15.75-0.86-Cu54.7939.6954.9260.82--Fe-10.98---25.20

技术工程

Mn-2.67----

表4B批合金薄板O态组织中相的能谱分析（原子百分比/%）

2.3微观组织EBSD分析

图3A批合金薄板O态基体和包铝层组织SEM形貌

对两种工艺的O态进行微观组织EBSD分析，图5为传统工艺的O态组织的EBSD形貌图。从取向成像图和晶内取向差分布图可以看出，薄板LS面晶粒沿着轧制方向分布，晶粒的长径比较大。图6为增加了中温淬火的工艺的O态组织EBSD形貌图。从取向成像图和晶内取向差分布图可以看出，薄板LS面晶粒尺寸比较均匀和细小，均为等轴状，并未观察到变形态组织的特征，说明该状态下合金发生了明显的再结晶。

从图5、图6制备的2A12-O薄板对比可以看出，增加中温淬火的薄板试样的晶粒尺寸较传统工艺的小，且分布更为均匀。

300μm图4B批合金薄板O态基体和包铝层组织SEM形貌

表3A批薄板O态组织中相的能谱分析（原子百分比%）

ABCDEF

31.5846.1754.9238.2899.1475.50

Mg13.93-15.75-0.86-Cu54.4940.1954.9261.72--Fe-10.98---24.50

Mn-2.67----

300μm图5A批合金薄板O态组织的晶粒成像图和

晶内取向差分布图(TS面)

300μm·24·

伸试样表面均凹凸不平，但B批次拉伸试样表面的凹凸不平程度较A批次高。

300μm图6B批合金薄板O态组织的晶粒成像图和

晶内取向差分布图(TS面)

2.4力学性能评价

将2个批次的O态试样直接进行拉伸，MCZ试样则在相同的热处理工艺条件下进行处理后检测其拉伸性能，检测结果见表5。

表52个批次的O态试样力学性能

状态

批次及工艺方案

标准值

试样编号-12

A批（直接退火）

345

平均值12

B批（增加中温淬火）

345平均值

标准值

-12

A批（直接退火）

345

MCZ

平均值12

B批（增加中温淬火）

345平均值

力学性能

屈服强度抗拉强延伸

/MPa度/MPa率/%≤96686768676967.8686867676867.6≥255262261262260265262271270272269273271

≤215167166167166166166.4170168169168167168.4≥390418417418416420417.8422421422420422421.4

22.5222322.523.522.723.522.52322.523.52322.52322.521.52222.323.52423.52324.523.7≥14≥14（a）A批

（b）B批

图72个批次的O态板料拉伸试样表面显微形貌

图8是两种工艺条件下O态表面三维形貌图。表示三维形貌的参数有Sa和Sq，其中Sa为轮廓上点与基准线之间距离绝对值的算术平均值；Sq为轮廓的均方根误差，即在取样范围内轮廓偏距的均方根值。对应的表面粗糙度数据见表6。结合表5力学性能数据分析可以得出，经拉伸变形后，经过中温淬火批次的延伸率较直接退火批次的高，而表面粗糙度则更低。因此，说明在相同条件下，经过中温淬火的批次表面出现橘皮缺陷的可能性较直接退火的批次要低。

表6两种合金拉伸试样的表面粗糙度

试样

A批（直接退火）-0°A批（直接退火）-90°A批（中温淬火）-0°A批（中温淬火）-90°

Sa/μm1.7522.0181.7541.724

Sq/μm2.2912.6682.1662.134

从表5可以看出，两种工艺条件下O态的强度

无明显的差异，但MCZ条件下，增加中温淬火工艺后，其力学性能各项指标均有一定的提高，特别是屈服强度，提高约10MPa，提高效果明显。

图7为两种工艺条件下O态拉伸试样的宏观形图。从图7中可以看出，拉伸断裂后，两种合金拉

（a）A批2A12-0°方向

《铝加工》2020年第1期总第252期技术工程

3结论

（b）A批2A12-90°方向

（c）B批2A12-0°方向

基于以上两种工艺条件下，对所制备的2A12-O试样的微观组织、力学性能和表面粗糙度进行了分析，得出以下结论：

（1）晶粒组织方面，在退火前增加一次中温淬火工艺后，其成品状态的晶粒尺寸明显降低，且晶粒较为均匀。

（2）力学性能方面，其O态强度基本一致，但MCZ强度则变化较为明显，增加中温淬火批次的MCZ屈服及抗拉均比直接退火的增加5~10MPa。

（3）表面粗糙度方面，增加中温退火工艺的表面粗糙度数值较直接退火的低。

（4）根据微观组织和力学性能分析可以得出，力学性能与微观组织的变化相符合，即增加中温淬火工艺的板材与直接退火的板材相比，其微观组织、力学性能、表面粗糙度均较好，其出现拉伸滑移线的概率更低。参考文献

[1][2]

张晓盼.热处理对2A12铝合金组织性能影响的研究进展[J].辽宁工业大学学报，2018，2：14-15

薛淼.2A12铝合金形变热处理工艺试验研究[J].轻合金加工技术，2015，1：20-24[3]

刘春燕.2A12合金热处理工艺研究[J].热处理，2008，23：9-12

（d）B批2A12-90°方向图8O态板料拉伸试样的三维形貌图

EffectofFinishedProductAnnealingProcessonTensileSlipLine

for2A12-OAluminumAlloySheet

TENGMing-he

(SouthwestAluminum(Group)Co.,Ltd.,Chongqing401326,China)

Abstract:Aimingattheproblemoftensionsliplineof2A12-Osheetintheprocessofprocessingandmoulding,anentirelynewsolu⁃tionwasproposedinthepaper.Mediumtemperaturequenchingprocesswasaddedbeforeannealingthefinishedproduct.Directan⁃nealingandincreasingmediumtemperaturerapidquenchingprocessarecomparedandanalyzed,OManalysisandSEManalysisofmi⁃crostructure,mechanicalpropertiesevaluation,tensilesliplineandsurfaceroughnessevaluationwerestudied.TheresultsshowedthatOMstructure,SEMstructure,EBSDstructure,mechanicalproperties,tensilesliplineandsurfaceroughnesswerebetterthanthoseofthedirectannealingprocessbyaddingamediumtemperaturequenchingprocessbeforeannealingthefinishedproduct.

Keywords:2A12-Osheet;tensileslipline;mediumtemperaturequenching;microstructureanalysis;surfaceroughness;annealingpro⁃cess

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