汽車用6A82鋁合金擠壓棒材生產工藝研究

楊純梅，王 燕

（西南鋁業（集團）有限責任公司，重慶401326）

0 前言

隨著世界經濟的逐漸復蘇，國內外汽車銷量逐漸回升，汽車用鋁材的需求也在猛增。以鎂和硅為主要合金元素并以Mg2Si 相為強化相的6××× 系鋁合金，屬于熱處理可強化鋁合金。合金具有中等強度，耐蝕性高，無應力腐蝕破裂傾向，焊接性能良好，成型性和工藝性能良好等優點[1]。其中以6082鋁合金為例，在汽車上得到廣泛的應用，特別是在汽車底盤控制臂上的應用。

然而，隨著用戶對產品品質的要求不斷提高，現行的6082鋁合金強度已不能滿足用戶的要求，即要求棒材抗拉強度≥400MPa，粗晶環≤3mm。為此，我們在6082鋁合金基礎上進行了優化設計，通過添加0.4%～0.5%的Cu 含量，適當控制Fe和Mn含量，改良后鋁合金牌號為6A82。經對該鋁合金鋁棒擠壓工藝的研究，確定了批量生產可行的專用生產工藝，滿足了用戶提出的各項指標要求，繼續領跑汽車用鋁棒市場。

1 試驗過程

1.1 試驗用料

試驗選取6A82鋁合金直徑為162mm的均熱鑄錠，其中鑄錠成分如表1所示。

表1 6A82鋁合金化學成分（質量分數/%）

1.2 試驗方案

將鑄錠溫度分別選取為480℃、500℃、520℃、540℃，擠壓筒溫為460℃，擠出φ35mm的棒材，然后在540℃下進行固溶處理，固溶保溫60min，時效工藝為175℃/8h。分析不同擠壓溫度對棒材組織、性能的影響。

在同一根棒材上連續切取性能試樣，固溶保溫時間60min，時效工藝：175℃/8h。固溶溫度分別選取470℃、480℃、490℃、500℃、510℃、520℃、530℃、540℃，通過不同固溶溫度的試驗，研究不同固溶溫度對6A82鋁合金棒材性能的影響；同時，在同一根擠壓棒材上取樣，分別將其加熱到540℃、550℃、560℃、570℃，固溶保溫60min，觀察其金相組織，通過觀察、分析不同固溶溫度對6A82棒材組織、性能的影響，確定合理的固溶制度。

選取φ35mm的棒材，在540℃下進行固溶處理60min。選取220℃/3h、200℃/6h、190℃/6h、175℃/8h、160℃/8h 共計5組不同的時效工藝，研究不同時效工藝對6A82鋁合金棒材力學性能的影響，以此確定最佳的時效工藝。

2 試驗數據分析

2.1 擠壓溫度對6A82鋁合金組織性能的影響

在前期的研究過程中，得出6A82鋁合金鑄錠均熱后的過燒溫度大約在590℃。據資料介紹，為使6×××系鋁合金中的鎂和硅全部固溶于鋁中，所擠材料的出口溫度應≥500℃，但不能≥550℃，否則材料的表面品質下降[2]。因此開展了在480℃、500℃、520℃、540℃四組不同的鑄錠溫度下擠壓、熱處理后的棒材組織、性能檢測分析。檢測結果如表2所示。

表2 擠壓溫度對力學性能的影響

在擠壓溫度為480～540℃時，6A82鋁合金均具有較好的可擠壓性。從表2中的試驗數據可以看出，隨擠壓溫度的升高，6A82鋁合金的抗拉強度和屈服強度逐漸升高，延伸率δ略有下降。同時，擠壓溫度對6A82鋁合金的粗晶環深度影響不大，在不同的擠壓溫度下，均能滿足用戶對粗晶環深度≤3mm 的使用要求。這主要是由于6A82鋁合金化學成分中添加了少量的Cr 和Ti 元素。相關資料表明，6××× 系鋁合金中 添 加0.02%～0.1%Ti 和0.01%～0.2%Cr，可以減少鑄錠的柱狀晶組織，細化制品的晶粒[1]。同時，該合金中含有少量的Fe（小于0.4%）時對力學性能沒有壞影響，并可以細化晶粒[1]。

2.2 固溶溫度對6A82鋁合金組織性能的影響

為了研究470～540℃不同固溶溫度對6A82棒材性能的影響，進行了相關性能檢測，結果如圖1所示。

從圖1可以看出，在固溶溫度從470℃升至540℃的過程中，6A82鋁合金棒材的抗拉強度和屈服強度先是隨溫度升高快速提高，而當固溶溫度達到500℃時，6A82鋁合金棒材抗拉強度和屈服強度的提高有所放緩，延伸率略有下降。

通過觀察固溶溫度為540℃、550℃、560℃、570℃時的金相組織，發現6A82合金中的未溶相隨著固溶溫度的升高逐漸減少，在固溶處理溫度達570℃時，仍可發現有部分未溶相的存在。固溶溫度從540℃升至570℃，均未發生過燒現象。

考慮用戶的指標要求，在固溶溫度為540℃時，力學性能已具有充足的富余量，且延伸呈穩步下滑趨勢。同時，結合現有的熱處理設備狀況，最終將6A82鋁合金的固溶溫度確定為（540±5）℃。

2.3 時效工藝對6A82鋁合金性能的影響

據國內相關研究表明，6082鋁合金在160～185℃下時效保溫6～10h，可獲得較好的力學性能[3-5]。因此開展了時效工藝分別為220℃/3h、200℃/6h、190℃/6h、175℃/8h、160℃/8h 共計5組的6A82鋁合金棒材的力學性能試驗和測試，其檢測結果如圖2所示。

通過圖2可以看出，前2種時效工藝得到的6A82鋁合金抗拉強度都在400MPa以下，沒能達到用戶要求的強度指標，故不能采用。分析其原因主要是因前2種的時效溫度達到了200℃以上，這種過時效致使材料內部的析出相開始長大，間距變大，其宏觀表現即為材料的強度降低，塑韌性有所提高[6]。后3種時效工藝得到的6A82鋁合金抗拉強度都在400MPa 以上，其中在時效工藝為175℃/8h時的強度最高，滿足了用戶對6A82鋁合金力學性能的使用要求，且具有一定的富余量。

3 結論

（1）通過對6A82鋁合金擠壓工藝的研究，確定了6A82鋁合金適宜的擠壓工藝，即：擠壓溫度520～540℃，擠壓筒溫450～470℃。

（2）通過對6A82鋁合金不同固溶工藝的研究，確定了生產可行的固溶溫度為（540±5）℃，固溶保溫時間根據擠壓制品直徑或最大壁厚而定。

（3）通過對6A82鋁合金時效工藝的研究，確定了最佳的時效工藝為175℃/8h。

按照以上工藝生產的6A82棒材滿足了用戶對抗拉強度≥400MPa、粗晶環≤3mm 的指標要求，為今后的批量生產奠定了堅實的技術基礎。