Material Sciences 材料科学, 2018, 8(5), 603-608
Published Online May 2018 in Hans. /journal/ms
/10.12677/ms.2018.85071
Effect of Process Parameters on
Microstructure and Properties of 3003
Aluminum Alloy
Yitan Wang1, Qingsong Dai1,2, Ping Fu1, Mingwei Zhao1
1Guangxi Liuzhou Yinhai Aluminum Co., Ltd., Liuzhou Guangxi
2School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha Hunan
Received: May 4th, 2018; accepted: May 20th, 2018; published: May 29th, 2018
Abstract
Taking 3003 aluminum alloy as the research object, the effects of cold rolling rate and annealing temperature on the microstructure and properties of the sheet were studied. The results show that the work hardening of 3003 alloy sheet is significant. With the increasing of cold rolling de-formation, the tensile strength and yield strength of alloy plates increase gradually, while the elongation decreases. And during the annealing of the finished product, recovery and recrystalli-zation occur within the alloy. As the annealing temperature increases, the tensile strength and yield strength gradually decrease, and the elongation gradually increases.
Keywords
3003 Aluminum Alloy, Cold Rolling Deformation, Annealing Temperature, Microstructure and
Properties
性能的影响
王绎潭1，戴青松1,2，付平1，赵明伟1
1广西柳州银海铝业股份有限公司，广西柳州
2中南大学材料科学与工程学院，湖南长沙
收稿日期：2018年5月4日；录用日期：2018年5月20日；发布日期：2018年5月29日
王绎潭 等
摘
微电极测井
要
以3003铝合金为研究对象，研究了冷变形量及退火温度等因素对3003铝合金板材组织与性能的影响。结果表明：3003铝合金在冷变形时加工硬化现象，随着冷变形量的增加，抗拉强度和屈服强度逐渐增加，而延伸率逐渐减小；而在成品退火时合金内部发生了回复与再结晶，随着退火温度的增加，抗拉强度和屈服强度逐渐减小，而延伸率逐渐增加。 关键词
3003铝合金，冷变形，退火温度，组织与性能
Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc.
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1. 引言
3003铝合金属于Al-Mg 系不可热处理强化铝合金。由于其具有密度小、良好的加工性能、耐腐蚀性能以及散热性能等特点，广泛应用于热交换器、化工、建筑等领域[1] [2]。3003铝合金板材是一种常用的高表面、高性能要求且具有高附加值的铝合金板材，对表面质量、性能以及板型等方面要求较高，具有较大的生产价值[3]。因此，本文通过研究不同工艺参数对3003铝合金组织与力学的影响规律，为3003铝合金板材的生产提供理论依据。
2. 实验材料与方法
2.1. 实验材料
实验材料为7 mm 厚3003铝合金热轧坯料，其化学成分如表1所示。无磁钢
2.2. 实验方法
将7 mm 厚度的热轧坯料进行冷轧，然后经420℃/2 h 中间退火后，预留不同的冷加工率(15%、20%、25%、30%、35%)，以研究冷变形量对3003铝合金组织与性能的影响；将7 mm 厚度的热轧坯料进行冷轧到成品厚度，然后将板材进行退火处理，退火温度分别为200℃、220℃、240℃、260℃、280℃、300℃、320℃、340℃、360℃、380℃和400℃，退火时间为2 h ，以研究退火温度对3003铝合金组织与性能的影响。
在MTS809材料试验机上分别测试3003合金不同冷轧加工率和不同退火制度时的室温拉伸性能；在OLYMPUS 金相显微镜CX31下观察不同状态下经打磨、抛光以及使用Keller 试剂浸蚀的3003金相试样的显微组织。
如来神掌olTable 1. Chemical composition of 3003 aluminum alloy (mass fraction %) 表1. 3003铝合金化学成分(质量分数%)
Fe Si Cu Mg Mn Zn Cr Ti Al 0.543
0.237蓝田股份公司
0.093
0.003
1.11
0.021
0.003
0.034
Bal
王绎潭 等
3. 实验结果
3.1. 冷变形量对3003铝合金力学的影响
一面 阿累
图1所示为中间退火后经不同变形量(15%、20%、25%、30%、35%)轧制到成品厚度时3003铝合金板材的力学性能。从图中可知，随着冷变形量的增大，合金的抗拉强度、屈服强度增加，而延伸率降低。且当冷变形量在15%~25%之间变化时，3003铝合金板材的抗拉强度和屈服强度分别增加了23和20 MPa ，延伸率减少了2%；当冷变形量在25%~35%之间变化时，3003铝合金板材的抗拉强度和屈服强度分别增加了31和37 MPa ，延伸率减少了5%。
3.2. 冷变形量对3003铝合金组织的影响
如图2所示为不同冷变形量下3003铝合金板材的显微组织。可以看出，3003铝合金在经过420℃/2 h 中间退火后已完全再结晶如图2(a)所示，经冷变形后，晶粒沿着轧制方向被拉长，且随着冷变形量的增加，拉长的幅度也逐渐增大。如图2(b)所示，中间退火后再进行15%的冷变形量，晶粒基本没发生变化；当冷变形量增加到20%时，晶粒呈现出轻微的沿轧制方向拉伸，如图2(c)所示；当冷变形量继续增加到35%时，晶粒呈现出更加明显如纤维状的条纹，如图2(d)所示。
3.3. 退火温度对3003铝合金力学的影响
如图3所示为3003铝合金板材经退火后的力学性能，可以看出，随着退火温度的增大，3003合金板材的抗拉强度和屈服强度逐渐降低，而延伸率则逐渐增大。但在不同的退火温度区间范围内，其变化程度有所不同。退火温度在240℃以下时，3003合金板材力学性能变化较为平缓，合金板材的抗拉强度
和屈服强度分别降低35和26 MPa ，而延伸率仅增加1%；退火温度在240℃~300℃之间时，3003合金板材力学性能变化较为显著，合金板材的抗拉强度和屈服强度分别降低72和113 MPa ，而延伸率增加29%；而退火温度在300℃以上时，合金板材的抗拉强度和屈服强度基本保持不变，而延伸率则有一定程度的增加。
陈白露
Figure 1. Effect of cold working rate on properties of 3003 aluminum alloy 图1. 3003铝合金冷变形量对性能的影响
σ/M P a
加工率/%
延伸率/%
王绎潭 等
(a) (b)
(c) (d)
Figure 2. Microstructure of 3003 aluminum alloy at different processing rates. (a) Intermediate annealing state; (b) 15%; (c) 20%; (d) 35%
图2. 3003铝合金不同变形量下的显微组织。(a) 中间退火态；(b) 15%；(c) 20%；(d) 35%
Figure 3. Effect of annealing temperature on properties of 3003 aluminum alloy 图3. 3003铝合金退火温度对性能的影响
s /M P a
退火温度/℃
延伸率/%
王绎潭 等
3.4. 退火温度对3003铝合金组织的影响
如图4所示为不同退火温度时3003铝合金的显微组织。可以看出，3003铝合金在经过71%的冷变形后，
晶粒沿着轧制方向被拉长、压碎，形成大量亚晶界等小角度晶界，导致大量位错堆积，最终呈现出明显的纤维状组织特征，如图4(a)所示。合金板材在经过退火处理后，晶粒吸收了能量，板材的组织和性能将产生较大的变化，当退火温度在240℃以下时，合金板材主要发生回复，点缺陷和位错运动加剧，纤维状组织逐渐消失；当退火温度在240~300℃之间时，虽然纤维状组织并未完全消失，但部分晶粒发生了再结晶，如图4(b)所示。随着退火温度进一步增加至300℃时，合金板材中的纤维状组织已完全消失，呈现出明显的再结晶特征，如图4(c)所示。当退火温度继续增加时，发生了再结晶组织的长大，如图4(d)所示。
4. 分析与讨论
3003铝合金板材在冷变形时晶粒沿着轧制方向被拉长，当变形量达到一定程度时，各个晶粒之间已经不能清楚的辨别开来，晶粒将呈现出纤维状[4]，这也是文中图2(d)金相组织呈纤维状分布的原因。在冷变形时，合金内部不断发生塑性变形，导致位错密度也不断增加，位错反应和相互作用增强，结果产生固定割阶、位错缠结等障碍，使得合金继续产生变形变得困难，在力学上则表现为合金的抗拉强度和屈服强度增大[5]。因此当冷变形量达到35%时，力学性能及折弯性能均不满足板材使用要求。
(a) (b)
(c) (d)
Figure 4. Microstructure of 3003 aluminum alloy at different annealing temperatures. (a) Cold-rolled state; (b) 280˚C ; (c) 300˚C ; (d) 400˚C
图4. 3003铝合金不同退火温度下的显微组织。(a) 冷轧态；(b) 280℃；(c) 300℃；(d) 400℃
