6061鋁合金型材拉彎缺陷分析

孟祥志，王東輝，王 爽，周丹桐，張 建

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽(yáng) 111003)

近年來(lái)，由于環(huán)保和節(jié)能要求日趨嚴(yán)格，汽車輕量化已成為世界汽車發(fā)展勢(shì)不可擋的趨勢(shì)[1]。鋁合金是汽車工業(yè)現(xiàn)代化和輕量化的優(yōu)選材料[2-4]。6061鋁合金具有密度小、中等強(qiáng)度、有良好可成型性、可焊接性、可機(jī)加工性和耐腐蝕性，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于汽車車身與汽車底盤等領(lǐng)域[5-7]。

近期某機(jī)臺(tái)在生產(chǎn)6061-T4狀態(tài)鋁合金型材，該型材拉彎加工過(guò)程中，部分產(chǎn)品出現(xiàn)不同程度的橘皮、裂紋等缺陷。為了解決該鋁合金拉彎后帶來(lái)的產(chǎn)品缺陷問(wèn)題，提高型材拉彎成品率，現(xiàn)對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行微觀組織和性能分析討論。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試樣選取

鋁合金的外部形狀是倒角矩形管，尺寸規(guī)格為56 mm×45 mm×2 mm，倒圓角R=2 mm，具體型材斷面見(jiàn)圖1。

試驗(yàn)是根據(jù)型材在拉彎后出現(xiàn)橘皮和裂紋等缺陷的不同程度選取3組試樣。編號(hào)L3為拉彎表面橘皮和裂紋嚴(yán)重、編號(hào)L4為拉彎表面橘皮和裂紋較輕、編號(hào)L5為拉彎表面無(wú)橘皮和裂紋。三組試樣拉彎效果見(jiàn)圖2。

圖1 型材斷面圖

1.2 擠壓及拉彎工藝

型材擠壓及拉彎工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 化學(xué)成分

從表2中可以看出，三組試樣的成分均滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求，L3和L4中Si含量都高于L5中Si含量，Si在結(jié)晶過(guò)程中易析出形成硬點(diǎn)，雖然可提高抗拉強(qiáng)度、硬度以及高溫強(qiáng)度，但會(huì)使延伸率降低。其他合金含量無(wú)明顯差異。

(a)L3；(b)L4；(c)L5

表1 擠壓及拉彎工藝參數(shù)表

2.2 拉伸試驗(yàn)

從表3中可以看出，三組試樣的力學(xué)性能均能滿足GB/T 6892—2015要求。L5試樣的力學(xué)性能值明顯低于其他兩組，斷后延伸率高于其他兩組。分析認(rèn)為L(zhǎng)3、L4強(qiáng)度高是由于鋁合金中添加Mg和Si元素較多，固溶處理和自然時(shí)效后形成的強(qiáng)化相多[2]，密度較大，對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增大，因而強(qiáng)度高，斷后延伸率低。斷后伸長(zhǎng)率對(duì)表面橘皮、裂紋等缺陷有一定的影響，斷后伸長(zhǎng)率越高，拉彎過(guò)程中組織形變?cè)骄鶆?，表面橘皮、裂紋等缺陷越輕，產(chǎn)品表面質(zhì)量越好。

表3 力學(xué)性能

2.3 高倍組織

從圖3中可以看出，組織中無(wú)形狀粗大的脆性化合物，L3析出相多于L4和L5，其他無(wú)明顯差異。從圖4中可以看出，L5晶粒最小且較均勻，L4晶粒大小次之，而L3試樣晶粒度最大并且粗大不均。從圖5中可以看出，L3晶粒度級(jí)別為2.5級(jí)，L4晶粒度級(jí)別為1.5級(jí)，L5晶粒度級(jí)別為1級(jí)。分析認(rèn)為L(zhǎng)3鑄棒加熱溫度過(guò)高，鋁合金固溶溫度過(guò)高，使其在晶界上少量的FeAl3、MnAl6等彌散相溶解消失，晶粒突然長(zhǎng)大，得到不均勻的粗大晶粒，并且L3擠壓速度較快，擠壓材表面溫度較高，晶粒長(zhǎng)大速度高于L4、L5。加熱溫度過(guò)高和擠壓速度過(guò)快是L3比L4、L5晶粒粗大不均勻的原因。不均勻的粗大晶粒是產(chǎn)生橘皮、裂紋等缺陷的主要原因。

(a)L3；(b)L4；(c)L5

(a)L3；(b)L4；(c)L5

(a)L3；(b)L4；(c)L5

3 結(jié)論

1)提高材料的熔鑄質(zhì)量，減少夾雜、晶內(nèi)偏析、折疊等缺陷；2)適當(dāng)減少鋁合金中Mg和Si的含量，降低強(qiáng)度，提高伸長(zhǎng)率；3)降低鑄棒加熱溫度，防止固溶溫度過(guò)高得到不均勻的粗大晶粒；4)適當(dāng)?shù)亟档蛿D壓速度，防止鋁合金擠壓過(guò)程中表面溫度過(guò)高，晶粒長(zhǎng)大過(guò)快。

晶粒粗大且不均勻和伸長(zhǎng)率低是造成6061鋁合金型材拉彎橘皮、裂紋等缺陷的原因，通過(guò)以上幾點(diǎn)的控制，6061鋁合金型材拉彎過(guò)程中產(chǎn)生的橘皮、裂紋等缺陷有明顯的改善。