5XXX系铝合金具有密度小、比强(刚)度高、耐腐蚀、可焊接、易加工成形和回收利用等优点,被广泛应用于航空航天、交通运输、国防军工和包装材料等领域,是用量仅次于钢铁的第二大金属结构材料,也是现今实现汽车轻量化的理想材料之一。随着我国工业的迅猛发展,铝合金板材的需求量越来越大,而国内生产的铝合金板材在性能上往往不如人意,这主要与合金的组织均匀性有关。5XXX系铝合金属不可热处理强化型合金,这就决定了它的强化方式只有两种:变形和微合金化。目前,国内外关于5XXX系铝合金变形强化的报道非常多,而微合金化方面的理论研究尚不系统。事实上,微合金化又是实现铝合金组织和性能优化的的一种十分有效的手段。因此,研究合金元素对5XXX系铝合金在各个状态下的组织和力学性能的影响是十分有必要的。5052铝合金是5XXX系铝合金中最典型、最常用的合金之一。本文以5052铝合金作为试验合金,分别添加Cu、Sr、Er、Zr四种合金元素进行微合金化,采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、微机控制电子万能试验机等实验手段对5052、5052+Cu、5052+Sr、5052+Er、5052+Zr铝合金在铸态、均匀化态和冷轧态下显微组织和力学性能进行重点研究,以期能够改善5052铝合金组织均匀性和提高其力学性能。研究结果表明:(1)5052铝合金铸态组织主要由α-Al和针状或骨骼状富铁相构成,富铁相的尺寸约为50μm,其表面晶粒呈近等轴状,尺寸分布不均匀,约为100μm;铸态合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为197MPa、117MPa和22.5%。添加Cu后,晶界处有大量细网状的骨骼相析出,通过能谱分析确定为Al2CuMg相,同时合金强度显著提高,塑性大幅降低,耐腐蚀性变差。Sr对合金晶粒的影响甚小,但对骨骼状富铁相有轻微的细化作用,合金强度和塑性略微下降。Er对合金组织的影响与其含量有关,在Er含量较少(低于0.4%)时,析出的第二相形貌主要呈针状,晶粒有粗化倾向;随Er含量的增加,合金中骨髓状富铁相增多,晶粒尺寸先变小后增大,并在Er含量为0.4%时达到最优,合金强度和塑性呈先降低后升高再降低的趋势;通过EDS分析,发现Er多集中在骨骼状富铁相的头部。Zr对合金的影响主要表现在晶粒细化方面,随着Zr含量的增加,晶粒尺寸变化规律和加Er时类似,合金强度逐渐升高,塑性逐渐降低;当Zr含量为0.29%时,晶粒细化效果最强,约为100μm,当Zr含量超过0.29%时,会发生明显的Zr团聚现象,生成粗大的Al3Zr。(2)5052铝合金及添加合金元素的5052铝合金均匀化态组织与铸态组织相比变化不大,但可以发现各类合金均匀化后,第二相边角处有明显的钝化趋势,晶粒尺寸分布更加均一;均匀化态5052铝合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为183MPa、111MPa和18.0%,较铸态有所下降。经均匀化处理后:含Cu铝合金晶粒尺寸变化不大,但其内部会析出大量细小的Al2CuMg相,产生沉淀强化,促使合金强度略有提高,塑性显著提高,自身耐腐蚀性有所改善。含Sr铝合金晶粒尺寸变小,强度略微提高,塑性降低。各含Er铝合金中第二相析出量随Er含量的增加明显增多,合金强度和塑性先降低后升高再降低;当Er含量为0.2%时,第二相明显长大,合金强度和塑性有所下降,当Er含量为0.4%时,第二相突然产生显著的细化现象,合金强度达到最大。随着Zr含量的增加,各合金中富铁相均发生“溶解”,但Zr的团聚却有所加剧;此外,随着Zr含量的增加,合金强度逐渐升高,塑性先降低后升高;但当Zr含量为0.15%时,晶粒突然粗化,合金强度及塑性降低。(3)经热轧、退火、初次冷轧后,5052铝合金及其添加合金元素的5052铝合金中第二相沿轧向被拉长,晶粒呈纤维状。初次冷轧后:5052铝合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为313MPa、300MPa和5.0%;含Cu铝合金中第二相被粉碎得更加细小弥散,合金强度升高、塑性降低;Sr具有细化骨骼状富铁相,抑制热轧过程合金发生再结晶,并在退火时阻止再结晶晶粒长大的作用,有利于减小变形过程产生的应力集中,进而推动变形,使合金晶粒更加细小,合金强度更高;稀土元素Er能显著提高合金再结晶温度,在热轧、退火过程中能起到保全变形组织和抑制再结晶晶粒形核长大,达到强化合金的目的;随Zr含量的增加,含Zr铝合金的晶粒变形程度越大,此时合金强化的根源主要取决于变形,而不再是Zr本身的晶粒细化作用。(4)二次冷轧使5052铝合金及添加合金元素的5052铝合金中第二相被彻底破碎,均匀弥散地分布在基体上;合金组织进一步沿轧向被拉长,纤维组织更加明显,导致合金强度进一步提高,塑性进一步降低。