工藝參數(shù)對(duì)6005A合金力學(xué)性能及粗晶層的影響

鄭 磊，姜 珊，李宏常，王 俊，王云海

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司 忠旺研究院，遼寧 遼陽 111003)

隨著汽車輕量化的發(fā)展，鋁合金在生產(chǎn)生活中起著不可或缺的作用。6xxx系鋁合金具有中等強(qiáng)度、可焊性和耐腐蝕優(yōu)良的特點(diǎn)，特別是其良好的擠壓性能，使其作為車輛型材得到廣泛的應(yīng)用[1，2]。為了研究6xxx系車輛鋁型材不同淬火強(qiáng)度對(duì)組織與性能的影響，選取6xxx系鋁合金中常用的6005A合金進(jìn)行試驗(yàn)。選取在線淬火6005A試樣，分析入淬火區(qū)溫度和擠壓速度對(duì)組織及性能的影響及趨勢(shì)，為我廠提供嚴(yán)謹(jǐn)可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以便滿足不同客戶的需求。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)選用壁厚為2mm空心矩形型材斷面，所用合金成分見表1。

表1 6005A合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

1.2 試驗(yàn)方法

采用符合國(guó)標(biāo)的6005A合金在2750T擠壓機(jī)上生產(chǎn)，然后對(duì)試樣進(jìn)行人工時(shí)效175℃×8h。擠壓工藝參數(shù)見表2。對(duì)時(shí)效后試樣分別進(jìn)行試驗(yàn)研究。采用AG-X100KN電子萬能試驗(yàn)機(jī)，對(duì)型材力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)。在各試樣上切取30mm×30mm長(zhǎng)的料樣，進(jìn)行拋光，再進(jìn)行陽極覆膜，用酒精棉擦凈后使用AXIO萬能研究級(jí)倒置式材料顯微鏡觀察高倍組織粗晶層厚度和最大晶粒尺寸，進(jìn)一步分析入淬火區(qū)溫度和擠壓速度對(duì)粗晶層厚度的影響。

表2 擠壓工藝參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 力學(xué)性能

圖1為不同擠壓工藝參數(shù)下型材的力學(xué)性能曲線，由圖可知，其他工藝參數(shù)不變，擠壓速度越小，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度越小，斷后延伸率有小幅上升。當(dāng)擠壓速度不變時(shí)，入淬火區(qū)溫度越低，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度也越小，斷后延伸率略有提升。

圖1 各試樣力學(xué)性能曲線

由于擠壓速度越小，進(jìn)淬火區(qū)溫度越低，且淬火冷卻速度也越低，導(dǎo)致過飽和固溶體存在部分提前析出的現(xiàn)象，在時(shí)效過程中強(qiáng)化相析出減少，合金強(qiáng)度降低，塑性略有提升。當(dāng)擠壓速度不變時(shí)，入淬火區(qū)溫度較高則表明合金中強(qiáng)化相Mg2Si固溶的較徹底，則時(shí)效后力學(xué)性能更高。相反地，入淬火區(qū)溫度較低，則強(qiáng)化相不能完全固溶，同樣的冷卻裝置，淬火冷卻速度也相對(duì)較低，最終得到的過飽和固溶體濃度較低，從而合金強(qiáng)度較低。

2.2 高倍組織

2.2.1 擠壓速度對(duì)粗晶層厚度的影響

1#～5#試樣粗晶層厚度和最大晶粒尺寸見圖2，不同擠壓速度下型材的粗晶層厚度和最大晶粒面積曲線如圖3所示。由圖3可知，1#～5#擠壓速度從3.4m/min降到2.6 m/min，粗晶層厚度從0.239 mm減小到0.136 mm，隨著擠壓速度的降低，粗晶層厚度明顯減小；最大晶粒面積變化不明顯，存在一定波動(dòng)。

圖2 不同擠壓速度下型材的皮質(zhì)層晶粒度圖片

圖3 不同擠壓速度下型材粗晶層厚度和最大晶粒面積曲線

擠壓速度越快，使金屬受到剪切變形越劇烈，劇烈的剪切變形加速第二相粒子MnAl6和Mg2Si的析出，加速M(fèi)n粒子脫溶，使再結(jié)晶溫度下降，易于再結(jié)晶和晶粒聚集長(zhǎng)大，形成粗晶層。材料的應(yīng)變速率越高，亞晶粒周邊的位錯(cuò)密度隨之提高，材料的變形儲(chǔ)能也就越高[3-7]。變形儲(chǔ)能是再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力，變形儲(chǔ)能越高，容易發(fā)生再結(jié)晶，再結(jié)晶的晶粒異常長(zhǎng)大便形成粗晶組織。因此擠壓速度越高，粗晶組織越易生成，粗晶層厚度越大。

2.2.2 入淬火區(qū)溫度對(duì)粗晶層厚度的影響

6#～10#試樣粗晶層厚度和最大晶粒尺寸見圖4，不同入淬溫度下型材粗晶層深度和最大晶粒面積曲線如圖5所示。由圖5可知，6#～10#的入淬火區(qū)溫度從510℃降到490℃，粗晶層厚度從0.477mm減小到0.191mm，隨著入淬火區(qū)溫度的降低，晶界上的非平衡相更難溶入基體，第二相粒子增多抑制再結(jié)晶，粗晶層厚度及最大晶粒面積均呈減小趨勢(shì)。入淬火區(qū)溫度降低可以顯著的減小大角度亞晶晶界遷移的遷移速度，進(jìn)而減小粗晶的形成速度，故由此生成的粗晶層越小[8-10]。

圖4 不同入淬溫度下型材皮質(zhì)層晶粒度圖片

圖5 不同入淬溫度下型材粗晶層深度和最大晶粒面積曲線

3 結(jié)論

在實(shí)際生產(chǎn)中，為了控制在線淬火6005A合金的粗晶層厚度，可從擠壓速度和入淬火區(qū)溫度兩方面著手，同時(shí)結(jié)合產(chǎn)品的力學(xué)性能要求進(jìn)行調(diào)控，本文得出主要結(jié)論如下：

(1)其他工藝參數(shù)不變，擠壓速度越小，合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度越小，斷后延伸率有小幅上升；

(2)當(dāng)擠壓速度不變時(shí)，入淬火區(qū)溫度越低，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度越小，斷后延伸率略有提升；

(3)其他工藝參數(shù)不變，隨著擠壓速度降低，合金粗晶層厚度明顯減小，最大晶粒面積變化不明顯，存在一定波動(dòng)；

(4)當(dāng)擠壓速度不變時(shí)，隨著入淬火區(qū)溫度降低，粗晶層厚度及最大晶粒面積均呈減小趨勢(shì)；

(5)對(duì)粗晶層厚度要求較高的在線淬火6005A合金，可降低擠壓速度，在保證合金強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，適當(dāng)調(diào)控入淬火區(qū)溫度，避免較高的入淬溫度。