張春旭，李延軍，李洪林，劉 歡，石 玲

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽(yáng) 111003)

鋁合金因密度小、耐腐蝕、比強(qiáng)度高、易成型等眾多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在航空航天、交通運(yùn)輸、建筑業(yè)等領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著汽車輕量化的迅猛發(fā)展，鋁合金在汽車上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但對(duì)鋁合金性能要求也更加嚴(yán)格，尤其是對(duì)韌性的需求[1]。目前，國(guó)內(nèi)外已對(duì)汽車用6061、6016和6063等鋁合金進(jìn)行了較為深入的研究[2-4]，尤其是對(duì)時(shí)效工藝[5-9]的研究。但現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)6106合金的時(shí)效工藝報(bào)道較少，本文研究不同時(shí)效制度對(duì)汽車用6106鋁型材力學(xué)性能、折彎性能和電導(dǎo)率的影響規(guī)律，為優(yōu)化汽車用鋁合金型材提供基礎(chǔ)應(yīng)用依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料和方法

采用半連續(xù)鑄造法進(jìn)行鑄錠材料制備，其成分見表1，隨后進(jìn)行均質(zhì)處理。選擇常用車體型材斷面，利用1250T擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓，擠壓工藝見表2。經(jīng)淬火后，選取6組相同試樣進(jìn)行不同的時(shí)效處理，時(shí)效工藝見表3。

表1 6106合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表2 型材擠壓工藝

表3 試樣時(shí)效制度

采用日本島津AG-X100型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行靜載拉伸試驗(yàn)；利用AG-IC 50KN電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試樣折彎性能；采用SMP-10渦流電導(dǎo)儀進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)試；采用蔡司AX10型光學(xué)顯微鏡進(jìn)行組織觀察。

折彎?rùn)z測(cè)通常針對(duì)汽車用鋁合金型材，主要考察型材韌性。根據(jù)VDA238-100的試驗(yàn)方法對(duì)試樣進(jìn)行彎曲測(cè)試。研究6106試樣發(fā)生塑性彎曲和彈性彎曲時(shí)，試樣承受最大力所得的彎曲角度，此彎曲角根據(jù)彎曲沖程計(jì)算，測(cè)試設(shè)備見圖1。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 力學(xué)性能及折彎性能分析

圖1 折彎設(shè)備示意圖

不同時(shí)效制度下試樣的力學(xué)性能和折彎性能，見表4。隨著時(shí)效溫度升高，試樣強(qiáng)度先升后降，延伸率逐漸降低，在175 ℃時(shí)試樣強(qiáng)度最大。而試樣的彎曲角度則先降后增，在175 ℃時(shí)彎曲角度最小，折彎性能最差。時(shí)效溫度為185 ℃時(shí)，試樣的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度較高，塑性也較好，彎曲角度為163.7°，高于峰值時(shí)效試樣的彎曲角度。

汽車用鋁型材對(duì)塑性要求較高，需保證型材經(jīng)過(guò)拉彎、沖壓等工序后仍有較好性能，且無(wú)表面缺陷。汽車吸能部件需兼顧較好的強(qiáng)度和塑性，使鋁型材部件受到撞擊力時(shí)具有較好的變形抗力，保護(hù)車內(nèi)人員安全[10]。時(shí)效即過(guò)飽和固溶體的分解脫溶過(guò)程，過(guò)飽和固溶體先形成與母體晶體結(jié)構(gòu)相同并保持共格的溶質(zhì)原子團(tuán)聚區(qū)(GP區(qū))，較高的時(shí)效溫度使過(guò)渡相β″密度變大，進(jìn)而基體內(nèi)畸變區(qū)變大，位錯(cuò)受到的阻礙不斷加大，合金的強(qiáng)度增大[11-12]。當(dāng)時(shí)效溫度繼續(xù)升高，即進(jìn)入過(guò)時(shí)效階段，過(guò)渡相β″轉(zhuǎn)變?yōu)棣隆湎?，并最終轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶庀郙g2Si。此時(shí)的平衡相與基體完全失去共格，從而造成合金強(qiáng)度顯著降低[13]。

6106合金試樣在185 ℃×8 h時(shí)效制度時(shí)，已處于過(guò)時(shí)效狀態(tài)，合金試樣的強(qiáng)度開始下降，塑性增強(qiáng)。由表4可知，選擇185 ℃×8 h時(shí)效，6106合金試樣的綜合力學(xué)性能最好，能滿足汽車產(chǎn)品對(duì)強(qiáng)度和塑性的要求。

表4 力學(xué)性能和彎曲角度

2.2 電導(dǎo)率分析

不同時(shí)效制度下各試樣的電導(dǎo)率，見表5。從表中可以看出，試樣的電導(dǎo)率隨著溫度升高逐漸變大，但由于溫度區(qū)間較窄，上升趨勢(shì)并不明顯。這是因?yàn)殡S著時(shí)效溫度的升高，溶質(zhì)原子擴(kuò)散加快，沉淀相的析出長(zhǎng)大加快，基體內(nèi)晶格的畸變程度降低，電子的運(yùn)動(dòng)更加活躍，進(jìn)而電導(dǎo)率增加[14-15]。

表5 電導(dǎo)率檢測(cè)結(jié)果

圖2為試樣力學(xué)性能與電導(dǎo)率對(duì)應(yīng)圖。當(dāng)時(shí)效溫度為205 ℃時(shí)，試樣力學(xué)性能最低，而電導(dǎo)率最高。利用此規(guī)律，工程人員可根據(jù)該類合金電導(dǎo)率的測(cè)試結(jié)果，間接估計(jì)其時(shí)效處理后的力學(xué)性能。

2.3 高倍組織分析

圖3為6106試樣和6063試樣顯微組織對(duì)比圖，從圖中可以看出，與6063合金相比，6106合金試樣的晶粒尺寸較小，折彎后表面更光滑。這是因?yàn)?106合金中的Mn、Cr元素提高了合金再結(jié)晶溫度，形成的彌散相能有效地抑制晶粒長(zhǎng)大。這說(shuō)明6106合金經(jīng)185 ℃×8 h時(shí)效處理后微觀組織較好，晶粒細(xì)小，有利于汽車產(chǎn)品后續(xù)拉彎、沖壓等機(jī)工序。另外，在合理范圍內(nèi)適當(dāng)增加銅含量，會(huì)提高合金的停放效應(yīng)，能有利于合金力學(xué)性能的提升。

圖2 不同時(shí)效制度下6106合金的力學(xué)性能與電導(dǎo)率

(a)6106合金；(b)6063合金

3 結(jié)論

1)6106合金經(jīng)充分淬火后進(jìn)行人工時(shí)效，隨著時(shí)效溫度的升高，合金力學(xué)性能先升后降，并在175 ℃×8 h達(dá)到強(qiáng)度峰值；

2)6106合金經(jīng)185 ℃×8 h時(shí)效處理后，合金抗拉強(qiáng)度為244.5 MPa，屈服強(qiáng)度為225.5 MPa，斷后拉伸率為16.5%，折彎角度為163.7°，合金強(qiáng)度和塑性均較好，能滿足汽車產(chǎn)品對(duì)強(qiáng)度和塑性要求；

3)6106合金等時(shí)時(shí)效工藝下，隨著時(shí)效溫度升高，合金電導(dǎo)率逐漸增大；

4)6106合金組織比6063合金更為細(xì)小均勻，且無(wú)粗大再結(jié)晶組織，折彎后表面質(zhì)量良好，有利于汽車產(chǎn)品后續(xù)精深加工。