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摘要：铝和铝合金本身具有密度小、强度高、延展性好以及良好的可塑性等特点，在社会各种行业中扮演着重要角色，并且在日常生活中得到广泛运用，如电力、航空、交通、工业等。铝合金材料一般在制作过程中，会根据实际用途被塑造成各种不同的形状，这不仅会影响到金属材料的成型，还对实际完成产品的效能造成影响，铝合金材料在处理过程当中特定的去向或织构的形成，对于板材在各种机械性能中的异性和成型性有着重要影响，因此，国内外众多科学研究者们，主要研究微结构与织构的变化过程，这对于铝合金板材的变形处理以及产品性能有着重要的意义。本文以5182和5754铝合金板材为例，介绍铝和铝合金，概述冷轧工艺，并分析铝合金冷轧过程中微结构与织构的变化。
关键词：铝合金；冷轧及变形；5182铝合金；5754铝合金；微结构与织构
伴随着我国社会经济不断发展，工业技术的创新和研究是推动社会进步的中坚力量。在众多金属研究和使用过程当中，其开展的主要目的不仅仅是为了改变人们生活，提高人民生活水平，更多的是为了保护环境，做好人与自然的和谐发展，因此，在各项金属研究活动当中，提高社会发展效率始终在保护自然环境之后，唯有提高自然资源的利用率和可持续性发展，推动社会经济建设与推动社会工业发展才具备意义。铝合金作为目前社会发展当中应用最为广泛的合金材料，对其的各项研究存在较高价值，特别是对其的制作研究和产品性能研究工作日益增长，并且研究成果也得实际应有，极大程度上提高了社会经济建设。因此铝合金作为开发利用率最高的合成金属，在研究过程当中应当充分了解其构造，根据制作过程中出现的变化数据，制定研究方向，从而提高铝合金材料的使用率与环保价值。冷轧工艺在铝合金的轧制过程当中，是常用的工艺技术之一，其在铝合金织构与微结构的变化当中，能有效控制结晶晶体的取向，按照既定标准完成产品的轧制，其中铝合金微组织与织构在形变过程中，直接影响最终产品的形变，因此，全球各研究者都将铝合金的形变研究定在此方向上，主要分析铝合金在某种条件下微结构及织构发生哪些变化，对于最终产品的异变具有哪些影响，通过控制微结构及织构的取向，控制铝合金轧制变形，进而根据研究结果编制产品生产手册，提高企业铝合金产品的生产效率，较少企业的生产损耗。
1 5182与5754铝合金，以及铝和铝合金
1.1 5182铝合金的化学成分
5182铝合金是一种中等强度的合金材料，其属于耐腐蚀性和焊接性良好的铝合金材料。5182铝合金主要用于制造有较高可塑性和良好焊接性要求的产品，在液体或气体当中工作的低载荷零件。例如：易拉罐盖、汽车车门、引擎盖的内外板以及油箱、汽油或润滑油导管等。其主要化学成分为Si≤0.12、Fe≤0.30、Cu≤0.1、Mn0.42、Mg4.7、Cr0.05、Zn0.05、Ti0.04。通常情况下5182铝合金的中的Mg处于过饱和状态，此种状态下的铝合金在温室下相当稳定，利于进行轧制变形。此外5182铝合金还含有少量的Mn、Cr、Ti等。通常情况下只会加入1%以下的Mn提高合金的抗腐蚀性。5182铝合金是目前较为稳定的铝合金，由于其自身良好的变形性和热轧性，是大多数研究铝合金蠕动和大尺度变形机制的理想实验样品。
1.2 5754铝合金的化学成分
5754铝合金同样也是一种中等强度，拥有良好的耐腐蚀性及焊接性的铝合金材料，同时，还具备易加工的特点，是典型的铝镁合金材料。5754铝合金在国外主要用于汽车结构件、船舶结构、海上设施等技术要求较高的行业。例如：压力容器、贮槽、运输罐等。其主要化学成分为Si0.40、Cu0.10、Mg2.6~3.6、Zn0.2、Mn0.50、Cr0.30、Fe0.40、Al余量、单个0.05。5754铝合金5182铝合金同属5系产品，其特点价值主要是用于板材的制作，传统的3系铝合金已无法满足社会建设的各种需求，因此开展5754铝合金的研究逐步体现出重要的价值和意义。5754铝合金能够随着均质温度的升高，第二相的内溶解更加充分、更加均匀，从而体现出5754铝合金的适用价值。
1.3铝和铝合金
上述说明当中已经简要概述了铝的特点和应用价值，体现出铝在工业生存当中的重要性。其自身存在良好的制备性、密度低、导热性强以及耐腐蚀等特点，被广泛运用到各种行业生存当中，其合金金属出了具有上述特点的同时，增加了更多优势。铝合金板材在异性塑造方面尤为突出，由于是由铝元素与其他化学元素合成的金属材料，在实际异性塑造面对，还是不能清楚知道是由那些因素决定异性的塑造，当中微组织的变化会对异性塑造带来何种影响，并且织构的变化是否有利于异性的塑造等。铝合金板材在热处理形变过程当中，特定的取向与晶体织构的排列组合，对于板材的机械性能的各种异性塑造和最终成品有着重要作用，由此，众多研究者的研究方向选择了解铝合金板材在结构与织构演变上，通过实践表明，此方向研究不仅能够改进铝合金板材的产品性能和生产价值，还可以优化铝合金在热处理当中的形变，最大限度控制铝合金的异性塑造。
铝合金在工业生产中，大多是按照合金中所含主要元素进行区分，按合金中所含主要元素成分的4位数码法进行命名。这种分类方法能较实际的反映合金的基本性能，也便于记录和编码管理。目前我国将铝合金按照主要合金元素添加划分为八种系列，名称由数字1~8命名，例如：5182铝合金，3104铝合金，7050铝合金，2024铝合金等。合金成分的不同又分为纯铝、铝铜合金(Al-Cu)、铝镁合金(Al-Mg)、铝硅合金(Al-Si)、铝锰合金(Al-Mn)、铝锰硅合金(Al-Mn-Si)以及铝锌合金(Al-Sn)。不同合金元素的铝合金由于受到元素影响，其自身的机构与存在不相同，从而所体现物理性质也不同。
2铝合金冷轧工艺
2.1冷轧机
冷轧机分为板片轧机和卷材轧机，卷材轧机是目前铝加工行业的主流配置，卷材轧机根据轧辊数量分为两辊、四辊、六辊冷轧机及多辊冷轧机。四辊轧机是目前冷轧加工中使用最多的轧机，在国内外有大量应用，而六辊冷轧机则是最新的发展方向。
六辊冷轧机具备四大优势，一是受弯辊和轧辊窜动的联合作用，扩大了板形控制范围，经六辊轧机轧出的板带凸度比四辊轧出的小。二是六辊轧机由于消除了轧辊接触有害区，能够明显的改善产品边部质量。三是当轧制速度变化范围较大，轧制宽度又较大时，六辊轧机的快速反应，对轧制板形能作出快速调整。特别是在换辊之后，用不着再低速“拉辊型”，并且在轧制条件发生变化时能够保持稳定良好的板形，从而可以提升轧制速度，提高生产能力，减少断带几率，提高成品率。四是实际运行表明，同规格铝合金产品，六辊轧机的轧制力比四辊轧机要低10%~15%。
2.2冷轧工艺
冷轧是在再结晶温度以下完成的压力加工过程，金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面减小，长度增加。冷轧温度低，在压力加工过程中不会出现再结晶，产品温度只能上升到回复温度，所以连续冷变形引起的冷作硬化，导致铝卷的强度、硬度、韧性升高，可塑性指标降低，材料本身的冲压性减弱，这种材料只能用于较为简单变形的零件。冷轧工艺在设施设备上存在一定的优势，其设备精度高、自动化程度高、板型控制手段众多、能轧制薄板带，因此，对于冷轧工艺的开发和应用存在非常重要的必要性，同时对于冷轧机的操作需要不断提高，从而固化各类合金及产品的轧制工艺，确保产品的稳定生存，保障企业的顺利运作。
冷轧机在投产实施过程中分为三个阶段，以最新的六辊冷轧机为例，首先，是冷轧机在运行前需要完成调试，进行辊型设计，同时收集冷轧机的弹跳数据，固化冷轧机辊缝设定。六辊冷轧机具有中间辊横移、中间辊及工作辊弯辊系统功能，能适应不同宽度产品的高速轧制生产，比传统四辊轧机板形控制能力更强。通过压靠法，在轧辊压靠情况下，给定不同的轧制压力，通过位移传感器测量轧辊实际位置，由实际位置变化测量出不同轧制压力下的轧机刚度数值。调试过程中将测量数据拟合得到轧机的弹性曲线加入二级模型中，同时，考虑轧件宽度B、出口厚度h，预计算轧制力p，标定清零时的轧制力及辊缝位置就可通过模型计算出每道次轧制时穿带与轧制的预设原始辊缝位置S0，一定程度上避免了轧机刚度对出口轧件厚度的影响。在调试期间开始收集各个合金系试车料生产情况，包括不同规格产品单道次极限变形量，出现裂边总加工率达到值进行了初步收集，准确记录收集好试车合金毛料的生产情况，为之后的正常生产提供重要的运作数据。
其次，是按前期调试阶段数据(主要是边界条件值)，优先遵循等压下率道次分配原则，初步制定各个产品的试制工艺。通过对合金系基础数据的收集，基本建立了5754和5182合金产品的毛料屈服及冷轧加工硬化的数据模型即屈服-应变(ε)曲线，为后部产品轧制工艺的制定提供了有效的数据支持。材料最终的冷轧道次数和道次变形量，要结合铝合金材料的塑形、设备状态、润滑条件、厚度控制、板型控制、表面控制等综合要求和人员操作经验进行优化。
最后，是开展大批量生产活动，将前期调试收集的各合金材料轧制数据，制作成材料工艺文件，并按照数据参数开展人员培训工作，确保成品各项质量的合格率，能够按时按量完成产品交付。对铝卷在轧制过程中进行切头、拉尾；切掉来料内、外圈板形不良及表面质量不佳部分，减少其对轧辊的损伤，从而保证辊面质量，减少换辊频次，提升产品质量及生产效率。
3铝合金冷轧过程中微结构与织构的变化分析
一般情况下，冷轧是对金属厚度加工过程的最后加工工序。因此在实际冷轧过程当中，对于变形织构变化的掌握能够直接影响到之后退火过程的织构进程，从而在一定范围内控制产品的最终成型。而在铝合金轧制织构当中包含α和β两种纤维织构，其中α纤维织构是从Goss(高斯)到Brass取向，β纤维织构是从Copper经过S再到Brass取向，伴随着产品变形量的不断增加，纤维织构上的取向强度开始出现不均衡的现象，尤其是对于α纤维织构来说，除开靠近Brass的取向不会消失，其他取向强度在逐步降低；而对于β纤维织构来说，S、Brass以及C的取向其强度会根据变形的加强而增加。
3.1织构在生产中的变化特点
3.1.1凝固织构
对于任何一种金属，当在铸造中发生单向凝固时一个优先的晶体学取向就会形成，在铝合金中优先生长方向是<100>，所以会形成<100>纤维织构，通过调查相关研究报告表明，羽毛晶将会降低合金的腐蚀性。在工业生产中多采用半连续直冷铸造，由于过冷度较大，同时加入晶粒细化剂，这些措施导致凝固过程中是非均匀形核状态，其织构多是随机织构，这能够有效提高合金的可铸造性，但是在之后的加工过程当中，这种随机的织构会发生变化。
3.1.2变形织构
铝合金发生塑性变形时，晶粒均沿着特定的滑移面进行滑移，这就产生特定的变形织构。在拉伸、深冲、挤压等单向变形中，沿着<111>和<100>方向产生规则的晶粒分布，这也就形成了典型的纤维织构。在对铸锭进行锻压时<110>方向是稳定取向，为锻件的主要织构组成。铝合金发生平面变形，比如板材轧制时，典型的轧制织构是其织构均沿着“β-纤维”方向取向强度较高。这种纤维织构一般是绕<110>轴旋转±35度得来，相对于轧制方向约60°。总而言之，在材料取向因子达到最大值时，能够理解为材料是具有单一的滑移系。
3.1.3初始织构的作用
铝合金初始织构在形变过程中，假若为随机织构或为靠近cude取向的初始织构，在某条件下两种不同初始织构的样品试验ODF图存在明显的差异，α纤维与β纤维上的取向强度会出现不同清理。当初始织构不包含靠近cude、Goss或B取向的组分时，其织构的在变化过程中不会出现此三种取向的组分。此种现象说明，织构取向可以顺着大于或小于100度的方向前往Goss取向，顺着α纤维前往B取向，而所有与C取向相邻的组分会在应变过程中汇聚到C取向。
以5182铝合金初始晶粒尺寸在冷轧过程织构变化为例，5182铝合金在冷轧过程中，初始晶粒在不同温度退火处理下；尺寸会发生不同变化，采用金相显微观察方式，观察不同温度退火处理的样品，同时利用SEM扫描电镜进行高倍观察得出：5182铝合金的初始晶粒的拉伸性能，随着退火处理温度的升高，受到自身回复力的影响，其强度与屈服度逐渐降低，而验收率逐渐升高；而显微组织随着退火温度的升高，再结晶晶粒的体积分数逐渐增加；其中织构在不同冷轧压量下组成不同组分的织构，或者在回复力的影响下没有改变轧制织构。
3.2铝合金冷轧过程中微结构的变化
对于冷轧过程的铝合金来说，在其压力加工过程中的金力分割可以发生在几个尺度上。而此种尺度的划分是由于晶粒尺度上的变形造成的，由变形过程中形成的位错胞划分。在冷轧过程当中，较低溶资浓度的铝和铝合金金属可以被位错界分为无位错的单元，这种结构的主要特点就是位错界分割了几乎无错的单元组分。在这种结构当中，较为典型的例子是低温变形所产生的晶胞结构以及热轧过程中所产生的亚晶结构。并且很多实际工作都证明这一结构的存在，并从晶粒分割的几个尺度上对其结构层次给予相关定义。①在晶粒尺度上，位错界以单个晶界或以过渡带的形式与基带区分开。②在比晶粒尺寸更小的以位错墙、微带、层状晶界和亚晶界为边界的胞块尺度上。③在一个更小的可以分割胞块的位错胞尺度上而在较大应变情况下。研究表明，随着应变的增加胞块尺寸和晶胞尺寸降低，并且应变的增加胞块尺寸降低速率要大于晶胞尺寸降低，也就是说每个胞块内的晶胞数量减少伴随着微结构的变化，在较大应变情况下，胞块的边间在大方向上的取向逐渐平行于轧制面。
4结语
综上所述，铝合金高速冷轧及变形过程中微观结构与晶体织构的研究，需要结合铝合金各项元素在变形过程中的差异以及各项轧制数据的具体情况，从宏观到微观进行全面、科学的分析。通过调查相关研究报告得知，铝合金高速冷轧及变形过程中的影响因素众多，每一个因素都有可能直接影响最终产品的形成。因此，在使用冷轧机时，需要完成前期调试与试样试车流程，准确得到铝合金的冷轧数据及变量，从而根据产品要求调整轧机的相关数值，提高产品的质量和合格率，减少轧制过程中的原材料损耗，最大限度确保生产活动的顺利进行，进一步提高企业的经济效益。同时，对于铝合金的微观组织与晶体织构变化的研究仍需要不断探索，尽管目前已有较成熟的研究并将其结合应用于生产实践中，但对于不断增加的产品要求来说，仅能勉强满足，甚至在某些领域中无法应用。因此，在铝合金微观组织与晶体织构的变化研究中需要不断创新，充分掌握其在各种情况下的变化特点，才能有效且实际地应用于生产活动中，满足社会发展对铝合金的不断需求。
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