時效制度對汽車用6106鋁合金型材性能的影響

張春旭，李延軍，李洪林，劉 歡，石 玲

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

鋁合金因密度小、耐腐蝕、比強度高、易成型等眾多優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用在航空航天、交通運輸、建筑業(yè)等領(lǐng)域。近年來，隨著汽車輕量化的迅猛發(fā)展，鋁合金在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛，但對鋁合金性能要求也更加嚴(yán)格，尤其是對韌性的需求[1]。目前，國內(nèi)外已對汽車用6061、6016和6063等鋁合金進行了較為深入的研究[2-4]，尤其是對時效工藝[5-9]的研究。但現(xiàn)有文獻對6106合金的時效工藝報道較少，本文研究不同時效制度對汽車用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 試驗材料和方法

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

采用日本島津AG-X100型電子萬能試驗機對試樣進行靜載拉伸試驗；利用AG-IC 50KN電子萬能試驗機測試試樣折彎性能；采用SMP-10渦流電導(dǎo)儀進行電導(dǎo)率測試；采用蔡司AX10型光學(xué)顯微鏡進行組織觀察。

折彎檢測通常針對汽車用鋁合金型材，主要考察型材韌性。根據(jù)VDA238-100的試驗方法對試樣進行彎曲測試。研究6106試樣發(fā)生塑性彎曲和彈性彎曲時，試樣承受最大力所得的彎曲角度，此彎曲角根據(jù)彎曲沖程計算，測試設(shè)備見圖1。

2 試驗結(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

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

汽車用鋁型材對塑性要求較高，需保證型材經(jīng)過拉彎、沖壓等工序后仍有較好性能，且無表面缺陷。汽車吸能部件需兼顧較好的強度和塑性，使鋁型材部件受到撞擊力時具有較好的變形抗力，保護車內(nèi)人員安全[10]。時效即過飽和固溶體的分解脫溶過程，過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)原子團聚區(qū)(GP區(qū))，較高的時效溫度使過渡相β″密度變大，進而基體內(nèi)畸變區(qū)變大，位錯受到的阻礙不斷加大，合金的強度增大[11-12]。當(dāng)時效溫度繼續(xù)升高，即進入過時效階段，過渡相β″轉(zhuǎn)變?yōu)棣隆湎?，并最終轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶庀郙g2Si。此時的平衡相與基體完全失去共格，從而造成合金強度顯著降低[13]。

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

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，上升趨勢并不明顯。這是因為隨著時效溫度的升高，溶質(zhì)原子擴散加快，沉淀相的析出長大加快，基體內(nèi)晶格的畸變程度降低，電子的運動更加活躍，進而電導(dǎo)率增加[14-15]。

表5 電導(dǎo)率檢測結(jié)果

圖2為試樣力學(xué)性能與電導(dǎo)率對應(yīng)圖。當(dāng)時效溫度為205 ℃時，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)率的測試結(jié)果，間接估計其時效處理后的力學(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。這是因為6106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大。這說明6106合金經(jīng)185 ℃×8 h時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、沖壓等機工序。另外，在合理范圍內(nèi)適當(dāng)增加銅含量，會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)充分淬火后進行人工時效，隨著時效溫度的升高，合金力學(xué)性能先升后降，并在175 ℃×8 h達到強度峰值；

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

3)6106合金等時時效工藝下，隨著時效溫度升高，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。