2E12铝合金板材成形性能试验研究
第34卷第4期
V01．34 No．4
锻 压技 #
FORGING＆STAMPING TECHNOLOGY
2009年8月
Aug． 2009
2 E1 2铝合金板材成形性能试验研究
杜凤山1．一，闰 亮2，戴圣龙1，杨守杰1
(1．北京航空材料研究院，北京100095；2．燕山大学机械与工程学院，河北秦皇岛066004)
摘要：针对航空用高强度2E12铝合金，通过试验对T3态和退火态两种状态下的2E12铝合金板材，在室温条件下
的力学性能、杯突及弯曲成形进行了研究。试验结果表明：与T3态相比，2E12铝合金板材退火态的抗拉强度、
屈服强度及屈强比明显降低，延伸率变化不大；杯突腰值提高了12％，最小弯曲半径值降低了10％，说明2E12
铝合金板材退火态较T3态有更好的成形性能。
关键词：铝合金；成形性能；杯突试验；弯曲试验
DOI：10．3969／j．issn．1000-3940．2009．04．014
中图分类号：TGl46．2 文献标识码：A 文章编号：1000-3940【2009)04-0062-03
Research on the formability of 2E12 aluminum alloy
DU Feng-shan'”，YAN LiaIl92，DAI Sheng-longa，YANG Shou-jiel
(1．Institute of Aeronautical Materials，Beijing 100095，China；
2．School of Mechanical Engineering。Yanshan University，Qinhangdao 066004，China)
Abstract：2E12 aluminum alloy is a high strength alloy for aeronautical industry．The tensile property，cupping testing
method and bending performance were carried OUt for 2E12 aluminum alloy sheet under T3 and annealing condition at
room temperature．The results reveal that the tensile strength，yield strength and yield ratios of annealing are much
lower than that of T3 condition，while the elongation is almost consistent under two conditions．The cupping testing
IE value is 12％higher than that of T3 condition，and minimum bending radius decreases by 10％，implying that the
formability performance under annealing condition is superior tO that under T3 condition．
Keywords：aluminum alloy；formability；cupping testing method；bending experiment
2XXX系合金是发展最早的一种热处理强化型
合金。长期以来，广泛用于各种飞机机身、机翼梁、
机舱壁板、飞机和火箭中高强度结构零件等的制造，
是世界各国航空航天工业中不可缺少的重要材料[1]。
目前，对此类合金的研究主要集中在组织性能的研
究以及时效制度工艺等方面[21]。而关于铝合金板材
成形性能与工艺研究主要集中在1Ⅺ(x，3XXX，
5XXX和6XXX系列商用铝合金上，关于2XXX合
金成形性能的有关报道较为少见。由于铝合金本身
的特性，板材成形过程中通常采用塑性较好的退火
状态，本文主要研究了2XXX系中正在研发的2E12
合金退火态状态下的基本成形性能，并把此状态的
各项性能与T3态对比，为新开发的铝合金板材在
实际工业生产中的应用及其零部件的成形工艺提供
参考数据。
收稿日期：2008-12—11；修订日期：2009-02—11
基金项目：国家重点基础研究发展计划(973计划)(2005CB623705)
作者简介：杜风山(1960一)，男，博士，教授
电子信箱：fsdu@ysu．edu．ca
成形性能研究方法
1．1杯突试验
在北京航空航天大学BCS-30D通用板材成形性
能试验机上进行。参照国标GB 4156-84[5]的要求，
即用一定规格的钢球或球状冲头，向周边具有10 kN
压边力的试样施加压力，直到试样产生穿透裂纹为止。
此冲头的压入深度，即为试样板材的杯突值IE值。
1．2弯曲
在北京航空航天大学TE电子万能试验机上进
行。参照国标GB／T 15825．5-1995[6]的要求，即采
用一系列具有不同底部弧面半径的凸模(或不同厚
度的垫模)，将试样按照180。由大到小选择凸模或
垫模厚度，逐次对试样进行弯曲试验，直到试样变
形区外侧表面在5倍放大镜下出现裂纹或显著凹陷
为止。
试验结果的计算：180。有垫模弯曲试验时，最
小弯曲半径R曲及平均最小相对弯曲半径R曲／z分
别如公式(1)、(2)所示。
Rm=Rpf+0．1 (1)
万方数据
第4期 杜凤山等：2E12铝合金板材成形性能试验研究 63
R．m／t一』∑(R血／￡)i (2)
咒：：五
式中：R口f为凸模底部弧面半径(ram)；R曲以为最
小相对弯曲半径；t为板材厚度(ram)。
2试验用料
试验用料为东北轻合金有限责任公司提供的
2 mln薄板，化学成分为A1—4．19％Cu-1．42％Mg-
0．11％Fe-0．02％Si，铸锭经490℃，24 h均匀化处
理后先热轧然后再冷轧2 mn'l，板材在(498±2℃)
下保温20 min，然后室温放置96 h以上，最终成T3
态。冷轧板材在420℃空冷至退火态下保温30 min，然
后随炉冷却至250℃，随之出炉空冷至室温，最终成退
火态。
3试验结果及分析
3．1力学性能
对两种状态下的板材进行力学性能试验，试验结
果如表1所示。由表1可以看出，退火态的抗拉强度
和屈服强度比T3态明显降低，而退火态的延伸率和
R态基本一致，且退火状态的屈强比小于T3状态的
屈强比，屈强比小的板材由屈服到破裂的塑性变形阶
段长，抗破裂性能好，后面的成形性能结果也可以得
出相同的规律。
表1 2E12铝合金力学性能
]hble 1 Mectmnical pr呷ertes of 2E12 ahⅡn．mum aUoy
3．2杯突试验
(1)试样选用厚度2．0 n'IITl、长宽均为90 ITdTI的板
材。
(2)试验条件为：凸模速度10 rfllTl·min～，
压边力为10 kN，试样双面润滑。
(3)试验结果。杯突试验前后试样的形状如图1
所示，测试计算出室温条件下的试验相关杯突值IF．如
表2所示。由表2可以看出，退火态的杯突值厄值大
于髓状态的杯突值厄值，目．其相对变化值超过10％。
杯突试验时，试验的应力和变形特点与局部胀
形时相同，杯突试验是评价材料胀形类成形时的冲
压性能的模拟试验，在杯突试验中，杯突值IE值
越大，材料的胀形成形性能越好。由表2可以看出，
因退火态的杯突值IE值大于T3状态的杯突值IE
图1杯突试验前(a)后(b)试样形状
Fig．1 Specimen shape of before(a)and after(b)cupping testing
值，显然，退火态时的胀形类成形性能优于轧制态。
表2室温时杯突试验值m值
Table 2 IE value of cupping testing
与其它金属比较，2E12铝合金的杯突值IE值
较低，如软刚IE一10．6～11．9 IDITI(厚度0．8～
1．5 mm)、铜厄一13．69 ITKI'I(厚度1．5 mm)、锌厄=
13．24 1TIITI(厚1．5 mm)，AZ镁合金腰=5．68 1TIITI(厚
度1．3 ram)c7|，可知2E12铝合金优于镁合金的成形性
能，较其它合金则较差，但仍具有良好的杯突性能。
杯突过程中力与冲头行程的变化曲线如图2所
示，由两个状态杯突过程中成形力的比较结果可以
看出，对应于同一凸模位移时，退火态的成形力均
小于T3态的成形力，即当材料处于同样程度的变
形时，退火态所对应的成形力也越小，其成形越
容易，这也说明此合金退火态时较T3态具有更好
的杯突成形性能。
图2力与冲头行程的变化曲线
Fig．2 Force VS．displacement for cupping testing
万方数据
锻 压 技 术 第34卷
3．3弯曲试验
(1)试样选用宽度50 mrn、长度75 mm、厚
2 ITll"n的板条，长度方向垂直于轧制方向(即LT
向)。
(2)试验条件为：压弯速度6～15 ITIITI·rain-1，
弯曲角度为180。。
(3)试验结果。弯曲试验后试样的形状如图3
所示。测试计算出室温条件下试验相关的弯曲数值，
如表3所示，由表3可以看出，退火态的最小弯曲
半径值(R曲=2．0 ram)小于T3状态的最小弯曲
半径值(R耐。一2．2 nun)，且其相对变化值达10％，
可见退火态的弯曲成形性能略优于T3状态的性能，
且此合金的最小弯曲半径小于标准AMS 4296B[8]中
的规定值2．5 Film，说明此合金具有良好的弯曲成形
性能。
图3弯曲后试样的形状
Fig．3 Specimen shape of bending experiment
表3室温时弯曲试验值
Table 3 Results of bending experiment at room temperature
4 结论
(1)2E12铝合金板材T3态的最小弯曲半径为
2．2 mm，退火态的最小弯曲半径为2．0 mm。
(2)2E12铝合金板材T3的杯突值为8．425 n31Tl，
退火态的杯突值为9．407 mm。
以上结果表明2E12铝合金板材退火态的成形
性能优于T3态。
参考文献：
[1] 武恭，姚良均，彭如清，等．铝及铝合金材料手册[M]．
北京：科学出版社，1994。
[2] Wang S C，S诅fink M J，Gao N．Precipitation harfing in A1-
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
Cu-Mg alloys revisited[J]．Scripta Materialia，2006，54：
287—291．
Srivatsan T S，Kolar D，Magnusen P．The cyclic fatigue and
final fracture behavior of aluminum alloy 2524[J]．Materials
and Design，2002，23：129—139．
Manabu Nakai，Takehiku Eto．New aspects of development
of high strength aluminum alloys for aerospace applications
D]．Materials Science and Engineering A，2000，285 l
62—68．
GIMl56—84，金属杯突试验方法IS]．
GB／T15825．5—1995，金属薄板成形性能与试验方法一弯曲
试验[S]．
邓明，许洪斌，刘峰．镁合金板材胀形和扩孔性能研究D]。
锻压技术，2004，29(4)：33—35．
AMS 4296B-2007，航空材料规范[S]．
[会讯]
2009上海国际机床展(E怂汀Po 2009)展闭幕
第11届上海国际机床展于2009年7月15—18日成功举
办。本届展会展出规模达到74，000平方米，参展商为1023
家，值得一提的是，排名全球前20位的机床业巨头在本届
展会上首次全体聚齐，在当前金融危机尚未完全过去和全球
经济整体低迷的情况下，这一点彰显突出，显示出行业同仁
对机床产业发展前景的坚定信心，以及海外企业对中国市场
更深切的期待。
本届展会在展商方面，德马吉、森精机、MAG、马扎
克、三菱、米克朗、海德汉、沈阳机床、汉川机床、杭州机
床、扬力集团、南通科技、沃德精机等全球机床业巨头和行
业翘楚集聚．卜海，展出约千台高水平主机、万件配套产品，
涵盖机床工具整条产业链，呈现高速、精密、复合、联动、
环保等全球技术趋势。与此同时，上海国际机床展顾问委员
会宣布成立，众多行业精英和专家领导也参与到为展会指导
建言的工作中，助推上海国际机床展更上一层楼。
EASTPO 2009还与众多海内外协会合作，携手韩国机
械产业振兴会推出2009上海韩国机械展，并获日本名古屋
国际见本市委员会、英国制造技术协会、台湾区工具机暨零
组件工业同业公会的协助和各大机械学会的大力支持；同时
各大产业园区、经济开发区积极对接展会，来自54个国家
和地区的专业观众赴现场观摩洽谈，一众采购团携大单或询
盘问价，或实地采购，场面热烈，成交火爆。
十一年来，我们始终铭记并恪守“共同成就，共赢未
来”的宗旨，第12届上海国际机床展作为传统中的一个轮
回，我们将满怀感恩地倾力回报您一届更好的展览会!
(上海新国际博览中心高玉晓)
万方数据
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