全截面粗晶對汽車用6060鋁型材性能的影響

李洪林，王 宇，秦 利，張富亮，王國冰

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧遼陽111003)

0 前言

汽車工業是我國優先發展的支柱產業，近些年來，汽車逐漸向輕量化方向發展，這使得鋁合金在汽車行業的應用遞增。隨著汽車行業技術的不斷進步，對鋁合金材料性能的要求逐漸嚴格，從而給鋁合金材料生產企業帶來嚴峻挑戰[1]。Al-Mg-Si系鋁合金具有高比強度、低密度和較好導電性能等一系列優點[2-3]，其中6060鋁合金具有抗沖擊性、強度適中、焊接性好等特點，因此被廣泛用于制作汽車車門等部件[4]。

本試驗選用汽車保險杠調整板6060鋁合金型材為研究對象，研究了其力學性能、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奠定基礎。

1 試驗材料與方法

本文選用鑄錠規格為φ310mm×910 mm的6060鋁合金鑄錠，其成分見表1。試驗選用型材米重7.925 kg/m。型材熔合口斷面如圖1所示。通過3600t擠壓機對6060鋁合金型材進行擠壓生產，擠壓工藝如表2所示。生產工藝流程為鑄錠加熱→擠壓→淬火→拉伸矯直→成品鋸切→人工時效→驗收→交貨。

表1 6060合金化學成分（質量分數%）

圖1 型材熔合口斷面圖

表2 擠壓工藝參數

2 試驗結果及分析

2.1 力學拉伸分析

選取兩組尺寸為200 mm的6060鋁合金T6狀態力學性能試樣，第一組為無粗晶環試樣，編號分別為A1、A2、A3、A4、A5、A6。第二組為無粗晶環試樣，編號分別為B1、B2、B3、B4、B5、B6。使用日本島津AG-X100KN型電子萬能試驗機對其進行力學性能檢測，試驗結果見表3、表4?？梢钥闯觯瑑山M試樣的力學性能數值在本工藝參數生產下均滿足客戶標準要求。全截面粗晶試樣的屈服強度略低于無粗晶試樣的20%，抗拉強度略低于30%，斷后伸長率約低于1%～3%。由此可見全截面粗晶的存在一定程度上降低了力學性能。

表3 無粗晶試樣力學性能試驗對比數據

表4 全截面粗晶試樣力學性能試驗對比數據

2.2 折彎性能分析

選取兩組6060鋁合金T6狀態力學性能試樣，尺寸為60 mm×15 mm，一組為無粗晶環的試樣，其編號為1#、2#、3#。另一組為有粗晶環的試樣，其編號為4#、5#、6#。試樣邊緣應光滑無毛刺。

試驗結果如圖2、表5和表6所示?？梢钥闯?，無粗晶環試樣試驗后出現橘皮現象，全截面粗晶試樣出現微小裂紋。全截面粗晶試樣的計算彎曲角度大于無粗晶試樣的計算彎曲角度，說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粗晶試樣低。

圖2 折彎試驗后試樣宏觀形貌

表5 無粗晶力學折彎試驗對比數據

表6 全截面粗晶力學折彎試驗對比數據

2.3 宏觀金相腐蝕檢驗

在進行熔合口壓斷試驗前，必須做宏觀金相腐蝕檢驗。其目的是堿洗除掉金屬表面氧化膜，使焊縫清晰地顯現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，導致焊縫不是很清晰。由于6060鋁合金晶粒細化元素較少，建議在生產φ310 mm鑄錠時，為了保證鑄錠晶粒組織細化，為后續加工提供良好的坯料，適當增加晶粒細化元素Ti的含量[5-6]，但切勿超過標準值。

2.4 熔合口分析

采用鋁型材壓力試驗機對腐蝕后的6060鋁合金型材試樣進行壓斷試驗。根據焊縫實際位置結合熔合口圖紙用黑色記號筆標出焊縫位置，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。而非焊縫處晶粒組織比較細小且均勻，呈纖維狀。

圖3 焊縫斷口表面宏觀形態

3 結論

汽車保險杠主要包括橫梁、調整板、防撞吸能盒、加強塊和脫鉤牽引套。汽車保險杠調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鍵部件。采用3600t擠壓機對6060-T6試樣進行擠壓，并對生產出的型材進行檢驗分析，得出以下結論。

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

（2）全截面粗晶試樣的計算彎曲角度大于無粗晶試樣的計算彎曲角度，說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粗晶試樣的最大彎曲力值。

（3）進行宏觀金相腐蝕檢驗的目的是通過堿蝕進一步除掉制品表面的氧化膜，使基體金屬暴露出來，使焊縫清晰地顯現在熔合口位置，然后根據焊縫實際位置和圖紙要求進行熔合口檢驗。

（4）試樣斷口形貌呈纖維狀，斷裂方式為韌性斷裂，比較緩慢地斷裂開來。表現出碰撞性能好，為吸收能量盒提供了緩沖吸收能量時間。