全截面粗晶對(duì)汽車用6060鋁型材性能的影響

李洪林，王 宇，秦 利，張富亮，王國(guó)冰

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧遼陽(yáng)111003)

0 前言

汽車工業(yè)是我國(guó)優(yōu)先發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，近些年來(lái)，汽車逐漸向輕量化方向發(fā)展，這使得鋁合金在汽車行業(yè)的應(yīng)用遞增。隨著汽車行業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)鋁合金材料性能的要求逐漸嚴(yán)格，從而給鋁合金材料生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1]。Al-Mg-Si系鋁合金具有高比強(qiáng)度、低密度和較好導(dǎo)電性能等一系列優(yōu)點(diǎn)[2-3]，其中6060鋁合金具有抗沖擊性、強(qiáng)度適中、焊接性好等特點(diǎn)，因此被廣泛用于制作汽車車門等部件[4]。

本試驗(yàn)選用汽車保險(xiǎn)杠調(diào)整板6060鋁合金型材為研究對(duì)象，研究了其力學(xué)性能、折彎性能、宏觀金相組織及斷口形貌，為汽車用6060鋁合金型材工藝研究和鋁合金加工技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)材料與方法

本文選用鑄錠規(guī)格為φ310mm×910 mm的6060鋁合金鑄錠，其成分見表1。試驗(yàn)選用型材米重7.925 kg/m。型材熔合口斷面如圖1所示。通過(guò)3600t擠壓機(jī)對(duì)6060鋁合金型材進(jìn)行擠壓生產(chǎn)，擠壓工藝如表2所示。生產(chǎn)工藝流程為鑄錠加熱→擠壓→淬火→拉伸矯直→成品鋸切→人工時(shí)效→驗(yàn)收→交貨。

表1 6060合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）

圖1 型材熔合口斷面圖

表2 擠壓工藝參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 力學(xué)拉伸分析

選取兩組尺寸為200 mm的6060鋁合金T6狀態(tài)力學(xué)性能試樣，第一組為無(wú)粗晶環(huán)試樣，編號(hào)分別為A1、A2、A3、A4、A5、A6。第二組為無(wú)粗晶環(huán)試樣，編號(hào)分別為B1、B2、B3、B4、B5、B6。使用日本島津AG-X100KN型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果見表3、表4。可以看出，兩組試樣的力學(xué)性能數(shù)值在本工藝參數(shù)生產(chǎn)下均滿足客戶標(biāo)準(zhǔn)要求。全截面粗晶試樣的屈服強(qiáng)度略低于無(wú)粗晶試樣的20%，抗拉強(qiáng)度略低于30%，斷后伸長(zhǎng)率約低于1%～3%。由此可見全截面粗晶的存在一定程度上降低了力學(xué)性能。

表3 無(wú)粗晶試樣力學(xué)性能試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)

表4 全截面粗晶試樣力學(xué)性能試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)

2.2 折彎性能分析

選取兩組6060鋁合金T6狀態(tài)力學(xué)性能試樣，尺寸為60 mm×15 mm，一組為無(wú)粗晶環(huán)的試樣，其編號(hào)為1#、2#、3#。另一組為有粗晶環(huán)的試樣，其編號(hào)為4#、5#、6#。試樣邊緣應(yīng)光滑無(wú)毛刺。

試驗(yàn)結(jié)果如圖2、表5和表6所示?？梢钥闯觯瑹o(wú)粗晶環(huán)試樣試驗(yàn)后出現(xiàn)橘皮現(xiàn)象，全截面粗晶試樣出現(xiàn)微小裂紋。全截面粗晶試樣的計(jì)算彎曲角度大于無(wú)粗晶試樣的計(jì)算彎曲角度，說(shuō)明全截面粗晶原子晶格排列疏松。全截面粗晶試樣的最大彎曲力值小于無(wú)粗晶試樣的最大彎曲力值。由上述分析可知，全截面粗晶試樣的折彎性能較無(wú)粗晶試樣低。

圖2 折彎試驗(yàn)后試樣宏觀形貌

表5 無(wú)粗晶力學(xué)折彎試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)

表6 全截面粗晶力學(xué)折彎試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)

2.3 宏觀金相腐蝕檢驗(yàn)

在進(jìn)行熔合口壓斷試驗(yàn)前，必須做宏觀金相腐蝕檢驗(yàn)。其目的是堿洗除掉金屬表面氧化膜，使焊縫清晰地顯現(xiàn)在試樣的熔合口位置。該宏觀組織晶粒稍顯粗大，比較均勻地分布在制品的橫向試樣上，導(dǎo)致焊縫不是很清晰。由于6060鋁合金晶粒細(xì)化元素較少，建議在生產(chǎn)φ310 mm鑄錠時(shí)，為了保證鑄錠晶粒組織細(xì)化，為后續(xù)加工提供良好的坯料，適當(dāng)增加晶粒細(xì)化元素Ti的含量[5-6]，但切勿超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值。

2.4 熔合口分析

采用鋁型材壓力試驗(yàn)機(jī)對(duì)腐蝕后的6060鋁合金型材試樣進(jìn)行壓斷試驗(yàn)。根據(jù)焊縫實(shí)際位置結(jié)合熔合口圖紙用黑色記號(hào)筆標(biāo)出焊縫位置，斷口呈纖維狀，焊縫斷口形貌如圖3所示。從圖3中可以看出圖1中6a處焊縫位置斷口的晶粒粗大，形成較均勻的晶粒組織分布在斷口兩側(cè)。而非焊縫處晶粒組織比較細(xì)小且均勻，呈纖維狀。

圖3 焊縫斷口表面宏觀形態(tài)

3 結(jié)論

汽車保險(xiǎn)杠主要包括橫梁、調(diào)整板、防撞吸能盒、加強(qiáng)塊和脫鉤牽引套。汽車保險(xiǎn)杠調(diào)整板是車身上典型的薄壁安全件，影響汽車碰撞安全性的關(guān)鍵部件。采用3600t擠壓機(jī)對(duì)6060-T6試樣進(jìn)行擠壓，并對(duì)生產(chǎn)出的型材進(jìn)行檢驗(yàn)分析，得出以下結(jié)論。

（1）全截面粗晶試樣的屈服強(qiáng)度略低于無(wú)粗晶試樣的20%，抗拉強(qiáng)度略低于30%，斷后伸長(zhǎng)率約低于1%～3%。

（2）全截面粗晶試樣的計(jì)算彎曲角度大于無(wú)粗晶試樣的計(jì)算彎曲角度，說(shuō)明全截面粗晶原子晶格排列疏松。全截面粗晶試樣的最大彎曲力值小于無(wú)粗晶試樣的最大彎曲力值。

（3）進(jìn)行宏觀金相腐蝕檢驗(yàn)的目的是通過(guò)堿蝕進(jìn)一步除掉制品表面的氧化膜，使基體金屬暴露出來(lái)，使焊縫清晰地顯現(xiàn)在熔合口位置，然后根據(jù)焊縫實(shí)際位置和圖紙要求進(jìn)行熔合口檢驗(yàn)。

（4）試樣斷口形貌呈纖維狀，斷裂方式為韌性斷裂，比較緩慢地?cái)嗔验_來(lái)。表現(xiàn)出碰撞性能好，為吸收能量盒提供了緩沖吸收能量時(shí)間。