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塑性变形及热处理对2024铝合金组织与性能的影响

摘要：累积复合轧制(accumulativeroll-bonding，简称ARB)是一种利用剧烈的塑性

变形使材料强化的加工方法，特别对于板材的加工强化特别有效。这种方法是日

本学者Saito等于1999年最早提出的。ARB可被看作是压下量为50%的单次轧制

的往复循环，在不改变原材料横截面积的情况下，通过多次重复轧制过程使板料

获得较大的累积应变，可有效细化材料的组织，提高材料的力学性能。2024铝合

金具有高的强度和良好的切削加工性能，但耐腐蚀性较差。本文选用工业用2024

铝合金，研究ARB工艺对该材料组织和性能的影响。

关键词：2024铝合金；累积复合轧制；力学性能；断口形貌

实验材料及方法1

实验材料为工业用2024铝合金板材，其厚度为5mm，化学成分(质量分数，%)为：0.5Fe，

0.5Si，3.8～4.9Cu，0.3～0.9Mn，1.2～1.8Mg，0.1Cr，0.25Zn，0.15Ti，其余为Al。首先用丙

酮和水清洗掉铝合金表面的油污，再用钢丝刷和丙酮对两块试样结合表面进行清理，去除氧

化层和油污，直至出现新的表面，并使板材表面具有一定的粗糙度。然后将经过处理后的铝

板叠放在一起放在轧辊直径为550mm，转速为400～500r/min的轧制机上进行无润滑轧制。

每道次压下量为50%，当1道次结束后将轧制的板材剪成两块，进行2道次轧制。每道次轧

制结束后截取试样，以供后续固溶+时效处理和性能测试。用WAW-1000型微机控制电液伺

服万能试验机和MC010数显布氏硬度计研究试样的力学性能，用JSM-6390LV扫描电子显微

镜研究试样的组织变化。

实验2结果及分析

2.1ARB对2024铝合金组织的影响

2.1.1显微组织的变化

图1给出了2024铝合金板材未轧制、1道次轧制和2道次轧制常温下的显微组织。由图

可以看出，随着轧制次数的增加，材料的晶粒尺寸逐渐减小。随着ARB道次的增加，沿轧制

方向晶粒发生变形，成为扁条状，晶粒细化的程度得到不断的提高，晶粒得到了很好的细化。

因此，随着轧制道次的增加，材料组织的变形、位错密度以及界面数量均相应提高，共同促

进了晶粒细化。

2.2ARB对2024铝合金力学性能的影响

图3给出了2024铝合金的力学性能随ARB道次的变化。由图可以看出，抗拉强度随着

ARB道次的增加而增加，即随着变形量的增加材料的强度增加。材料的强度属于材料固有属

性，往往与本身特点如点阵阻力、晶体结构等有关，而材料的强度主要取决于晶粒细化的程

度以及应变导致的加工硬化大小。由材料显微组织随道次变化情况可知，随着轧制道次数增

加，材料的组织越来越细小，由于ARB属于无润滑的大塑性变形，必然会产生大应变，引起

加工硬化，所以，材料的强度会随着道次增加而增加。

结论：(1)随着ARB道次的增加，2024铝合金组织均匀细化，强度、硬度增加，经过两道

次轧制后分别达到236.4MPa和68.5HB，伸长率下降，由原来的31.7%降低到16.1%。其主要

原因是变形量增加、位错密度增加和材料产生内应力和加工硬化导致的。(2)对ARB2道次

2024合金进行时效处理，随着时效温度的增加，材料的硬度降低，由68.5HB降低到51.8HB。

这是温度升高，材料内部应力及位错密度降低，加工硬化现象消失的缘故。

参考文献：

[1]累积复合轧制法制备层状超细晶材料的研究现状[J].黄光杰,邹彬,黄鑫,陈泽军,刘庆.材料导

报.2011.

[2]累积复合轧制对镁合金组织和力学性能