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拉伸成形对铝合金晶粒尺寸及表面橘皮的影响
摘要：对2A12-0铝合金试件进行了相关研究，运用拉伸——退火——拉伸——淬火工艺进行处理，在加工处理之后，再次补拉加工，观察铝合金试件表面是否出现橘皮现象，之后观察铝合金的显微组织，观察测量晶粒尺寸，分析具体在这个过程当中拉伸分配量对铝合金的平均晶粒尺寸与表面质量的影响。试验证明加工之后的试件在随后的拉补过程中出现了严重的橘皮现象，而且晶粒形状不规则不均匀。文中研究的方式对铝合金晶粒尺寸和表面橘皮的影响比较小。 关键词：拉伸；铝合金；晶粒尺寸；橘皮；显微组织
铝合金的特性是质量轻、强度高、具有良好的塑性、耐腐蚀性等，因为具备诸多优势，被广泛运用在航天、航空、汽车等重要领域内。其中，铝合金试件基本上用来制造复杂钣金件，运用在飞机蒙皮、汽车覆盖件等上面。其中制造工艺基本上都是引入中间热处理且多次成型的操作工艺。在多次操作的过程中合金的晶粒尺寸不断发生变化，晶粒尺寸的变化对合金的晶粒与表面橘皮有重要的影响。 1.试验材料与方式
选择2A12-0铝合金，厚度1.5MM，在原始显微镜下，晶粒大部分尺寸为40~80在um之内，微观组织比较均匀，使用线切割设备切割，执行标准为GB-T 16865-2013。试验选择工艺为拉伸——退火——拉伸——淬火工艺；铝合金试验加工工艺参数按照GB-T 16865-2013来规定，总体拉伸量为10%，拉伸速度为
4mm/min；进行热处理的时候采取加热方式，退火工序，随炉冷却到280℃之后出炉空冷。淬火施工的过程中，冷却介质使用温水。试验过程中选择的设备为万能拉伸机、电阻加热炉[1]。 表1 加工工艺参数总结
2.结果分析
加工之后的铝合金试件，进行随后拉伸，速度为4mm/min。在加工处理之后，对试件进行补拉，试件表面出现了严重的橘皮现象，这种现象分别出现在四个试件的表面，并且橘皮的现状基本上一致。因此可以说在试验的条件下拉伸分配量对合金表面橘皮基本上产生的影响一致。
根据在不同拉伸分配量下的四个试件成型处理，之后在显微镜下方观察组织图像，其中两个试件的显微组织更均匀一点；部分试件的显微组织当中存在诸多的细小晶粒；以及有一个试件的晶粒比较粗大。和原始显微组织相比，合金在经过最后一道工艺——淬火之后，得到的粗晶基本上都是在结晶组织，而且晶粒为非等轴晶粒，晶粒的尺寸为100~1000um。在其中，粗晶之间存在着小晶粒，因此在显微镜下，整体组织并非是均匀状态。
使用截距法对试验之后的几个试件分别进行测量，得到平均晶粒的尺寸，结果表示，每个试样的铝合金晶粒基本上都是粗晶，晶粒尺寸基本上都在500以上，几个试件的平均晶粒尺寸相差比较小。在本文加工的工艺当中，拉伸分配量并没有引起铝合金的平均晶粒尺寸出现较大的差异。假设总拉伸量为10%，其中A试件平均晶粒尺寸为523.27；B为648.77；C为574.94；D为674.28。拉伸变形的过程中，大量的变形都以热量的形式被消耗，只有小部分变形以储能的形式存储在合金内部。储能的合金，有晶格畸变和缺陷，比如错位、缺陷等状态。拉伸量越大变形储能的可能性越高。常温状态下合金的原子迁移能力比较弱，整体上处于一种应力张弛的亚稳定状态。但是进行热处理就会改变原子的状态，原子整体
上变得活跃，而且迁移能力增强，能将变形储能释放出去，合金再次回复、再次结晶。如果合金试件的变形储能很大，合金发生回复和再结晶的驱动力也会越来越大[2]。
预拉伸变形的过程中，考虑到不同试件拉伸量之间存在区别，在退火操作的时候，合金发生回复和再结晶的驱动力也存在差别。拉伸的过程中合金会发生不均匀程度的变形，比如有的晶粒变形比较大，因此变形储备的能量也就多，两者之间的关系成正比。拉伸量的不同，导致在退火的过程中，合金当中的晶粒回复、再结晶过程速度区别很大；退火温度比较高，退火时间和冷却需要消耗大量的时间，而且预变形处于临界变形区附近，因此合金当中存在很多的粗晶。当再次进行拉伸，合金当中比较大的晶粒很容易发生变形，变形量大导致合金组织的变形很不均匀。淬火的过程中合金当中晶粒回复和结晶的速度也会增大，最终出现的粗晶组织也会加剧组织的不均匀性。加工之后合金当中存在很多粗晶，补拉的过程中粗晶的转向大和组织之间的不均匀性，导致对拉伸方向有利的晶粒在变形力度的拉扯下很容易变形，这种变形不会传递到邻近的晶粒上去。但是这种类型的变形选择有利的晶粒，向周围晶粒的约束比较小，很容易跟随变形而发生改变。当晶界发生变形累积的时候会造成表面凹凸不平，就形成了比较明显的橘皮现象。因此基于本文的试验条件，在具体的生产过程中，本次试验条件下很容易导致合金产生粗晶组织，导致加工的试件在补拉过程中出现了橘皮的情况。但是如果对参数进行科学合理的调节，调整拉伸分配量，对合金的晶粒尺寸和表面橘皮现象进行准确的分析，最终一定会克服橘皮现象。针对这种情况，还需要进行深入研究。
表2 2A12-0铝合金铝合金薄板的试验参数
本次试验当中，试件的补拉过程表面出现了严重的橘皮现象，并且四个试件的表面橘皮程度基本上类似。和原始的显微组织相比，合金在经过最后的淬火工序之后会得到大量为粗晶的再结晶组织；晶粒为非等轴晶粒。每一个试件的平均晶粒尺寸为500以上，而且试件之间的晶粒尺寸相差比较小，显微组织之间呈现出不均匀状态。因此，可以看出本次试验采取的分配拉伸量对铝合金的平均尺寸、表面橘皮的影响比较小。
3.铝合金板材拉伸后的表面橘皮和力学性能、表面橘皮的关系
铝合金板材冲压件目前广泛运用在汽车、航天、航空领域内。和钢制冲压件相比，铝合金冲压件能够明显减小冲压件的质量，实现建筑轻量化目标的同时，提升板材本身的性能[3]。铝合金板材作为龋齿和外覆盖件的时候，人们对其性能和表面质量要求都很高。在生产的过程中，铝合金板材冲压件的表面缺陷就是橘皮，因此人们对橘皮的成因进行了详细的分析，发现成因是晶粒过大、局部晶粒粗大，导致变形，并且在晶界当中累计，产生变形的不均匀性。当前的研究当中，还没有发现对橘皮铝合金拉伸试样断口外貌的系统性研究。许多专业人员对这方面进行研究，分析屈服强度、抗拉强度等之间的密切关系，力求解决铝合金加工制造当中存在的问题。
结语：综上所述，铝合金试件在现实生活当中的运用作用很大，而且对人们的生活产生很大的影响。铝合金拉伸的过程中，晶粒尺寸和表面橘皮对成品的影响比较大。在人们实际生产的过程中，应该对其进行积极的研究，采取合理的方式来解决这种问题。 参考文献：
[1] 肖娟，蔡展飞，韩金全，et al.两道次成形过程中拉伸速度及热处理对
2A12-O铝合金晶粒尺寸的影响[J].精密成形工程，2019，011（003）：51-58. [2] 蔡洋，王小松，苑世剑.6063铝合金旋压管拉伸过程中表面橘皮定量分析[J].中国有色金属学报（英文版），2018，v.28（05）：35-42.
[3] 莫肇月，朱玉涛，刘莹.固溶温度及拉矫延伸率对6061铝合金带材表面橘皮缺陷的影响[J].金属热处理，2018，43（006）：183-185.
本文来源：https://www.wddqxz.cn/94adcdab6cdb6f1aff00bed5b9f3f90f77c64d08.html
2023-01-19
