冷變形

冷變形也叫冷加工，是指金屬在再結晶溫度以下所進行的變形或加工，如鋼的冷拉或冷衝壓等；熱變形或熱加工是金屬在再結晶溫度以上所進行的變形或加工，如鋼的熱軋、熱鍛等。

基本介紹

• 中文名：冷變形
• 外文名：Cold deformation
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 別稱：冷加工
• 釋義：金屬在再結晶溫度以下進行的變形

簡介

金屬在再結晶溫度以下的變形，雖然也是金屬處於加熱狀態，但並非熱變形或熱加工。例如純鐵在400℃時的加工仍為冷加工，因為純鐵的最低再結晶溫度是450℃。同樣，金屬在再結晶溫度以上的變形，雖然沒有加熱金屬或在室溫下，也並非冷變形或冷加工。例如鉛、錫等低熔點的金屬在室溫下的加工為熱加工，因為鉛、錫的最低再結晶溫度分別為－63℃、－96℃。

5083 鋁合金由於具有比強度高、耐海水腐蝕性好、可焊接和易成形等優點，在世界許多國家已經成為船舶的主要結構材料之一，在船舶製造行業得到廣泛套用。鋁合金船板可有效減輕船舶重量、提高穩定性、增大航速，而且可以避免鋼板在使用期間因銹損引起的船舶過早報廢等問題。由於5083鋁合金中鎂含量較高，過飽和的鎂在室溫或較高溫度下以β 相形式在晶界處連續析出，影響合金的耐晶間腐蝕性能。另外5083 鋁合金冷變形後組織狀態不穩定，需要在冷變形後對其進行穩定化退火，以獲得良好的組織形態及β 相的理想分布，從而使合金在使用過程中具有穩定的力學性能和良好的腐蝕性能。

力學性能影響

5083 鋁合金拉伸試樣取自板材寬度的1 /3、厚度的1 /4 處，截取縱向拉伸試樣，檢測過程按照相關標準執行， ASTM B928 規定的5083 鋁合金板材力學性能標準為: 305 N/mm2≤Rm≤385 N/mm2，Rp0． 2≥215N/mm2，A≥10%。

5083 鋁合金的強度均滿足相關標準的要求，但大變形量( 45%) 後板材的伸長率則整體偏低。處於同一穩定化退火溫度下的板材，隨著冷變形量的逐漸增大，其屈服強度和抗拉強度逐漸升高，伸長率逐漸降低; 對於同一冷變形量的5083 鋁合金板材而言，屈服強度和抗拉強度隨著穩定化退火溫度的升高而逐漸降低，斷後伸長率逐漸升高。

腐蝕性能影響

對試樣進行晶間腐蝕試驗，5083 鋁合金板材的晶間腐蝕失重均小於15 mg /cm2，符合相關標準要求。在100℃ 退火2 h時，不同變形量的合金的晶間腐蝕失重均較大，大於10 mg /cm2 ; 120℃退火2 h 時，晶間腐蝕失重略有減少，處於6 mg /cm2 ～ 10 mg /cm2 之間; 當溫度高於140℃退火2 h 時，晶間腐蝕失重進一步減少，且這種減少的趨勢趨於平緩。

總體上看，冷變形程度對板材腐蝕性能的影響較小，而穩定化退火制度對其影響較大。板材抗晶間腐蝕性能隨冷變形程度的增加而略微降低; 隨著穩定化退火溫度的升高，成品板材失重腐蝕程度越來越小，抗晶間腐蝕性能呈現逐漸增強的趨勢，且這種趨勢在退火溫度高於140℃後逐漸趨於平緩。

顯微組織影響

為進一步分析冷變形量及穩定化退火對5083鋁合金板腐蝕性能的影響，總結合金腐蝕性能與析出物分布形態的關係，對上述5083 鋁合金試樣進行了析出相分布分析。

同一變形量下，較低穩定化退火溫度下板材析出物極易沿晶界形成沉澱網膜，隨著退火溫度升高，這種沉澱網膜逐漸減少。

合金基體上均存在黑色和灰色的粗大第二相及細小彌散分布的析出相。同一冷變形量下，穩定化退火溫度較低時，β 相極易沿位錯、雜質聚集的晶界處析出，隨著析出的進一步聚集，加快β 相的析出，最終形成連續分布沉澱網膜，此時合金的抗晶間腐蝕性能較差。隨穩定化退火溫度的升高，β 相優先在亞晶界與晶界的交切點上沉澱，沿晶界形成沉澱網膜的傾向降低，且在晶粒內分布更加均勻，此時晶粒內部不會產生加速腐蝕的電位差，合金的耐蝕性得到改善，與前述晶間腐蝕性能試驗結果相符。

分析與討論

Al-Mg 合金的抗蝕性與β 相的沿晶沉澱網膜密切相關，並且隨著鎂含量的增高、冷變形程度的增大和穩定化退火溫度的降低及時間的縮短，這種網膜的形成傾向也愈強烈。因此，合理地選擇和控制這些因素，就成為生產高抗蝕性Al-Mg 合金的中心問題。解決這一問題的關鍵有兩點: 一是保證晶界沒有連續的沉澱網膜; 二是促進β 相在晶粒內的均勻分布。

由於冷變形後的Al-Mg 合金增加了大量的位錯和點缺陷，合金處於不穩定狀態，且α( Al) 固溶體中鎂過飽和，β( Mg2Al3) 相大量在晶界和滑移帶上呈網狀析出，而這種網狀沉澱網膜的腐蝕電位與基體處相差較大，極易加速腐蝕的發生，使材料的抗晶間腐蝕性能下降。冷加工還會加速沉澱相析出，進一步加快了β 相沿晶界連續析出的速度。因此，隨著冷變形量的增大，合金的抗晶間腐蝕性能明顯下降。而經過不同溫度的穩定化退火後，合金的位錯能在極短時間內移動到亞晶界上，β 相會優先在亞晶界和晶界的交切點及晶界和晶界的交切點上沉澱，最終能沿晶粒內外同時發生沉澱和球化，從而消除了向沿晶界形成的沉澱網路，提高了合金的耐蝕性，故合金的耐蝕性隨著穩定化退火溫度升高而得到提升。

對各冷變形量及穩定化退火後的5083 鋁合金板材晶間腐蝕性能及對應狀態的析出相分布的分析可知，當退火後板材組織中析出物沿晶界形成連續網膜時，板材的晶間腐蝕性能就會較差; 而隨著調整冷變形量及穩定化退火工藝參數，當板材組織中析出物在晶內彌散分布且不沿晶界連續析出時，板材的晶間腐蝕性能較好。因此，對於船用5083 鋁合金板材，調控β 相析出是保證合金腐蝕性能的關鍵因素。通過適當的冷變形量及穩定化退火的結合來控制β 相的析出，從而獲得優良的腐蝕性能和穩定的力學性能，是可在生產中採用的。

為使板材具有較高且穩定的力學性能，冷變形量可控制在25% ～ 35% 之間，同時為確保合金具有優良的腐蝕性能，得到更均勻分布的析出相組織，穩定化退火溫度可適當高於140℃。

總結

1) 對於同一冷變形量的5083 鋁合金板材而言，屈服強度和抗拉強度隨著穩定化退火溫度的升高而逐漸降低，斷後伸長率逐漸升高; 而處於同一穩定化退火溫度下的板材，隨著冷變形量的逐漸增大，其屈服強度和抗拉強度逐漸升高，伸長率逐漸下降。

2) 隨著穩定化退火溫度的升高，抗晶間腐蝕性能呈現逐漸上升的趨勢; 隨冷變形量的增大，抗晶間腐蝕性能逐漸降低。

3) 調控β 相析出是保證合金腐蝕性能的關鍵因素。β 相沿晶界析出並連續分布時，板材的晶間腐蝕性能顯著惡化; β 相在晶內析出均勻且不沿晶界連續析出時，板材的晶間腐蝕性能較好。