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user: 3. 试验结果与分析 3.1. 正交试验结果 将各板材按照表3所示的工艺进行处理，并截取拉伸试样进行室温拉伸，所得试验结果如表4所示。 Table 4 Mechanical propert 试验号 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率(%) 1 333 246 15.7 2 329 212 19.8 3 321 222 21.3 4 325 210 21.2 5 340 260 13.4 6 339 292 13.4 7 333 224 20.9 8 330 225 21.9 9 340 255 15.1 10 327 246 16.6 11 355 282 12.2 12 331 249 13.7 13 369 280 11.0 14 366 274 11.5 15 375 275 10.7 16 370 256 11.0 表4. 力学性能 采取极差分析方法来确定各因素对5083-H321板材力学性能的影响主次关系。分别求出在每个因素每个水平下板材的力学性能总和K1、K2、K3、K4和其平均值k1、k2、k3、k4，进而求出极差R (k1~k4中最大值与最小值之差)。根据R的大小，来确定因素的主次关系，R越大，说明该因素对板材性能的影响越显著，反之则影响较小。分析表3中的数据，可以得到抗拉强度、屈服强度、延伸率的极差分别如表5~7所示。 表8为各因素对力学性能影响的极差，根据数值大小可知，对于抗拉强度、屈服强度、延伸率三个力学性能指标，冷变形量、稳定化退火温度及退火保温时间等三个因素的影响主次顺序为：冷变形量 > 退火保温时间 > 稳定化退火温度。 3.2. 优选工艺范围 从表5~7可以看出：随着变形程度的增加强度有所上升，而随着退火温度的增大、稳定化退火保温时间的延长，抗拉强度和屈服强度随之降低，但随着退火保温时间的延长，5083-H321板材的力学性能数值虽然减少，但其力学性能数值的变化率越来越小(见表5，表6中C k1 ~C k4 )，因此出于生产成本的角度考虑，在保证力学性能的同时，保温时间不宜过长，从表5~7得出的结果来看，以选择保温2 h为宜。 GB/T3880.2-2006标准中对3 mm厚5083-H321态板材的力学性能要求为：抗拉强度为305~380 Mpa、屈服强度大于215 Mpa、延伸率大于7%，而实际应用中客户希望产品性能要优于国家标准。从上述实验可以看出，较高强度、和较高延伸率(即k值较大)的因素和水平组合为A3B2C3、A3B3C3、A4B2C3、A4B3C3，(A k3 、A k4 、B k2 、B k3 为相应因素的各水平中的较大值)，即冷变形量20%~25%、稳定化退火制度160℃~180℃/2h。 Table 5 Range analysis table of tensile strength (MPa 序号 A冷变形量 B稳定化退火温度 C稳定化退火时间 K1 1308 1382 1397 K2 1342 1361 1375 K3 1353 1384 1357 K4 1480 1356 1354 k1 327 345.5 349.25 k2 335.5 340.25 343.75 k3 338.25 346 339.25 k4 370 339 338.5 R 43 7 10.75 表5. 抗拉强度极差分析表(MPa) Table 6 Range analysis table of yield strength (MPa 序号 A冷变形量 B稳定化退火温度 C稳定化退火时间 K1 890 1041 1076 K2 1001 1024 996 K3 1032 1003 976 K4 1085 940 960 k1 222.5 260.25 269 k2 250.25 256 249 k3 258 250.75 244 k4 271.25 235 240 R 48.75 25.25 29 表6. 屈服强度极差分析表(MPa) Table 7 Range analysis table of elongation (% 序号 A冷变形量 B稳定化退火温度 C稳定化退火时间 K1 78 55.2 52.3 K2 69.6 61.3 57.6 K3 57.6 65.1 69.8 K4 44.2 67.8 69.7 k1 19.5 13.8 13.075 k2 17.4 15.325 14.4 k3 14.4 16.275 17.45 k4 11.05 16.95 17.425 R 8.45 3.15 4.375 表7. 延伸率极差分析表(%) Table 8 Rang 因素 极差 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 延伸率(%) A冷变形量(%) 43 48.75 8.45 B稳定化退火温度(℃) 7 25.25 3.15 C保温时间(h) 10.75 29 4.375 表8. 极差 3.3. 最优工艺制度 上述实验已确定优选的工艺范围为：冷变形量20%~25%、稳定化退火制度160℃~180℃/2h。为进一步的确定最优的生产工艺，对A3B2C3、A3B3C3、A4B2C3、A4B3C3四组试样的力学性能、耐蚀性能进行检测，对金相组织、拉伸断口形貌进行观察。为方便后续试验说明，对试样及具体工艺参数进行如下编号，如表9所示。 3.3.1. 力学性能 4种试样的力学性能值如表10所示，从数据中可以看出四组试样都满足GB/T3880.2-2006中3 mm厚5083-H321板材力学性能要求。相比之下，2#试样抗拉强度、屈服强度、延伸率的综合力学性能更好。 3.3.2. 耐蚀性能 按照GB/T 26491-2011标准采用质量损失法对四种试样进行晶间腐蚀测试，测试结果如表11所示，2#试样质量损失最少，为18.7 mg/cm 2 ，说明其具有最好的耐晶间腐蚀性能。 对腐蚀后的试样横截面进行机械打磨，进行金相观测以了解腐蚀形态，检测结果如图1所示。1#试样腐蚀深度为53 um，2#试样腐蚀深度为48 um，3#试样腐蚀深度为73 um，4#试样腐蚀深度为67 um。四组试样腐蚀深度范围都在30~100 um范围内，腐蚀等级均为3级。通过对质量损失量与腐蚀形貌的观测可以判定试样2#的耐蚀性能相对最好。 3.3.3. 金相组织 图2分别为冷变形量20%、25%下稳定化退火制度160℃/2h、180℃/2h的光学金相组织，从图中可以看出金相沿轧制方向拉长，呈纤维状，虽然经过了160℃~180℃ 2 h稳定化退火，但因为退火温度较低，未发生再结晶，这与正交试验中退火温度需要2 h是相符合的。从1~4#的金相照片也可以看出，3#、4#的纤维状程度要稍大于1#、2#，这是因为3#、4#的变形程度相对较大。 3.3.4. 断口形貌 采用型号为FEI Quanta-200的背散射扫描电镜对四组试样的拉伸实验断口进行形貌检测，断口形貌检测结果如图3所示，从图中可以看出试样的断裂类型均为延性韧断，断口上韧窝数量较多，在韧窝的中心处存在颗粒状质点，这是冷轧过程中合金元素与Fe、Si等形成的粗大硬脆的杂质相破碎所致。这些硬而脆的杂质难溶或不溶于Al基体，当试样受到拉应力而发生塑性变形时，产生位错塞积的杂质相就容易产生应力集中，产生空洞、孔隙，形成裂纹源，变形量进一步增加后，裂纹尖端处应力同样增加，当应力超过材料断裂强度后，基体局部产生断裂，形成下图所示的韧窝。通过比较发现2#试样断口处韧窝数量较多，断裂面上大韧窝尺寸约为20 um，由此也进一步证实了2#试样的断裂韧性较其它3个试样好。 综合上述力学性能、耐蚀性能极其组织检测结果，4个试样都满足GB/T3880.2-2006对5083-H321 Table 9 Sample markin 序号 正交编号 冷变形量/% 稳定化退火温度/℃ 稳定化退火时间/h 1# A3B2C3 20 160 2 2# A3B3C3 20 180 2 3# A4B2C3 25 160 2 4# A4B3C3 25 180 2 表9. 试样编号 Table 1 0 Mechanical propert 序号 抗拉强度/MPa 屈服强度/MPa 延伸率/% 1# 337 263 15.7 2# 328 256 16.4 3# 366 274 11.5 4# 344 248 12.6 表10. 力学性能 Table 1 1 Mass los 试样编号 1 2 3 4 质量损失量(mg/cm 2 ) 20.6 18.7 29.37 26.2 表11. 质量损失 图1. 晶间腐蚀形貌 力学性能的要求，而客户希望产品的综合性能要优于国家标准，2#试样强度虽然稍低于1#、3#试样，但其韧性和耐晶间腐蚀性能优于其他3个试样，且在20%的加工率下，经180℃/2h稳定化退火处理的2#试样其强度和韧性匹配较好。因此制备3 mm厚5083-H321铝合金板材最有的工艺为冷变形20%后进行280℃/2h退火。 图2. 金相组织 (×50) 图3. 断口形貌