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第12期 张兵等：累积复合轧制工艺晶粒细化机制对1060工业纯铝组织和性能的影响 .1379 粒细化的影响、显微组织及力学性能的变化和细化 轧制各道次试样进行显微组织观察，加速电压 机制还有待全面和深入的研究，因此，本文选用 120kV.拉伸性能测试在INSTR0N-1341电子拉伸 1060工业纯铝研究两种工艺路径对材料显微组织 仪上进行，每个道次试样不少于3根，加载速度为 和力学性能的影响，分析ARB方法的强化和晶粒细 1.0 mmmin,最大载荷为10kN.用WOLPERT- 化机制 401MVD显微硬度仪测量母材和轧制各道次试样 1实验方法 表面的硬度值，载荷0.98N,时间10s 2实验结果与分析 实验选用的材料是冷轧态1060工业纯铝薄板， 尺寸为300mm×100mm×1.84mm,其化学成分 2.1力学性能 (质量分数)为：0.0025%Si,0.0035%Fe, 2.1.1抗拉强度与延伸率 0.0005%Cu,0.0005%Zn,A1余量.经400℃/1h 图1是两种工艺路径下1060工业纯铝的抗拉 完全退火，用钢丝刷和丙酮对两块试样结合表面进 强度()和延伸率（δ）随ARB轧制道次变化曲线. 行清理，去除氧化层和油污，并使试样表面具有一定 从图1可以看出：采用路径A经过7道次ARB轧制 的粗糙度，然后叠合在一起，经轧机无润滑轧制复 后，抗拉强度随着累积变形量的增加而增加，在 合，道次压下量50%，接着将轧后的薄板剪切成两 ARB7道次后，达到最大值217.5MPa,约是变形 块，表面处理后再进行轧制复合，共进行7道次 前的2.5倍，在ARB5道次后变化趋于平缓；而延 实验· 伸率在ARB1道次后从46%下降到6.42%，并随着 轧制实验在170mm的二辊轧机上进行，室温 变形量的增加，基本保持在7%左右波动，表明在 下轧制，轧辊转速为0.42m·s-1(即变形速率为 ARB剧烈塑性变形过程中，由于试样中引入大量的 23s1)·采用两种轧制工艺：工艺路径A,每次轧制 位错，位错密度增加，位错间的相互缠结和相互作 时试样轧制方向保持不变一单向轧制：工艺路径 用，使材料产生内应力和加工硬化，强度升高，塑性 B,每次轧制后改变材料的进料方向轧制一换向 下降，随着ARB道次的增加，细小晶粒数量增加， 轧制 在ARB5道次后，试样内超细晶均匀分布，导致材 用日本产JE一2O0 CXTEM透射电镜对母材和 料强度和延伸率变化平缓 0.5 220 (a) ↑(b) 200 0.4 180 路径A 0.3 路径B 02 一路径A e路径B 01 80 23456 0 2345 ARB轧制道次 ARB轧制道次 图11O60Al抗拉强度(a)、延伸率(b)随ARB道次变化曲线 Fig.1 Variations of tensile strength (a)and elongation (b)of 1060 Al with ARB passes 采用路径B,抗拉强度随着累积变形量的增加 晶粒内背应力方向一致，背应力帮助位错运动，使材 总体上呈上升趋势，在ARB4道次后，达到最大 料的屈服强度降低，塑性变形容易，随着道次的增 值188MPa,随后略有降低，在ARB6道次后变化趋 加，累积变形达到一定程度时，塑性得到一定程度的 于平缓；延伸率先降后升，在AB4道次后恢复上 改善 升，在ARB7道次后达到16%.表明在ARB1道次 由于1060工业纯铝杂质很少，没有析出相，材 过程中与路径A相同，在ARB2道次后，由于变形 料的强化主要取决于细晶的尺寸和数量.1060工 方向相反，后一变形道次产生的位错与前一道次产 业纯铝在ARB轧制过程中，采用路径A的试样的 生的位错异号，运动方向相反，引起位错密度减小， 抗拉强度增加比路径B增加明显，说明路径A比路 部分应力回复，另一方面，位错在反向运动时，和 径B晶粒细化效果好，粒细化的影响、显微组织及力学性能的变化和细化 机制还有待全面和深入的研究．因此本文选用 1060工业纯铝研究两种工艺路径对材料显微组织 和力学性能的影响分析 ARB 方法的强化和晶粒细 化机制． 1 实验方法 实验选用的材料是冷轧态1060工业纯铝薄板 尺寸为300mm ×100mm ×1∙84mm其化学成分 （质 量 分 数 ） 为：0∙0025％ Si0∙0035％ Fe 0∙0005％ Cu0∙0005％ ZnAl 余量．经400℃／1h 完全退火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并使试样表面具有一定 的粗糙度然后叠合在一起经轧机无润滑轧制复 合道次压下量50％接着将轧后的薄板剪切成两 块表面处理后再进行轧制复合共进行7道次 实验． 轧制实验在●170mm 的二辊轧机上进行室温 下轧制轧辊转速为0∙42m·s —1（即变形速率为 23s —1）．采用两种轧制工艺：工艺路径 A每次轧制 时试样轧制方向保持不变———单向轧制；工艺路径 B每次轧制后改变材料的进料方向轧制———换向 轧制． 用日本产 JEM—200CXTEM 透射电镜对母材和 轧制各道次试样进行显微组织观察加速电压 120kV．拉伸性能测试在INSTRON—1341电子拉伸 仪上进行每个道次试样不少于3根加载速度为 1∙0mm·min —1最 大 载 荷 为10kN．用 WOLPERT— 401MVD 显微硬度仪测量母材和轧制各道次试样 表面的硬度值载荷0∙98N时间10s． 2 实验结果与分析 2∙1 力学性能 2∙1∙1 抗拉强度与延伸率 图1是两种工艺路径下1060工业纯铝的抗拉 强度（σb）和延伸率（δ）随 ARB 轧制道次变化曲线． 从图1可以看出：采用路径 A 经过7道次 ARB 轧制 后抗拉强度随着累积变形量的增加而增加在 ARB7道次后 σb 达到最大值217∙5MPa约是变形 前的2∙5倍在 ARB 5道次后变化趋于平缓；而延 伸率在 ARB1道次后从46％下降到6∙42％并随着 变形量的增加基本保持在7％左右波动．表明在 ARB 剧烈塑性变形过程中由于试样中引入大量的 位错位错密度增加位错间的相互缠结和相互作 用使材料产生内应力和加工硬化强度升高塑性 下降．随着 ARB 道次的增加细小晶粒数量增加 在 ARB 5道次后试样内超细晶均匀分布导致材 料强度和延伸率变化平缓． 图1 1060Al 抗拉强度（a）、延伸率（b）随 ARB 道次变化曲线 Fig．1 Variations of tensile strength （a） and elongation （b） of 1060Al with ARB passes 采用路径 B抗拉强度随着累积变形量的增加 总体上呈上升趋势在 ARB 4道次后 σb 达到最大 值188MPa随后略有降低在 ARB6道次后变化趋 于平缓；延伸率先降后升在 ARB 4道次后恢复上 升在 ARB7道次后达到16％．表明在 ARB1道次 过程中与路径 A 相同在 ARB 2道次后由于变形 方向相反后一变形道次产生的位错与前一道次产 生的位错异号运动方向相反引起位错密度减小 一部分应力回复．另一方面位错在反向运动时和 晶粒内背应力方向一致背应力帮助位错运动使材 料的屈服强度降低塑性变形容易随着道次的增 加累积变形达到一定程度时塑性得到一定程度的 改善． 由于1060工业纯铝杂质很少没有析出相材 料的强化主要取决于细晶的尺寸和数量．1060工 业纯铝在 ARB 轧制过程中采用路径 A 的试样的 抗拉强度增加比路径 B 增加明显说明路径 A 比路 径 B 晶粒细化效果好． 第12期 张 兵等： 累积复合轧制工艺晶粒细化机制对1060工业纯铝组织和性能的影响 ·1379·