擠壓對6N01鋁合金型材性能均勻性的影響

趙建偉

【摘? 要】目的：明確擠壓對6N01鋁合金型材性能均勻度的影響；方法：選擇T4狀態6N01鋁合金型材，在不同位置進行取樣，期間按照金屬材料室溫拉伸法、電子萬能材料試驗機分別確定材料的延伸率、屈服強度與拉伸強度，而后再通過顯微裝置掃描材料的微觀變化；結果：鋁合金截面性能均勻度受屈服強度與延伸率影響較大，受抗拉強度影響較小，不同取樣走向對延伸率與屈服強度影響較大，對抗拉強度影響較小，且型材性能數值的變化與擠壓方向、微觀晶粒有直接的關聯性；結論：型材性能均勻性的變化與力學性能有內在聯系，另外還受熱擠壓變形與冷卻速度等工藝的影響。

【關鍵詞】鋁合金；型材性能；擠壓均勻性；截面質量

6N01鋁合金型材常用于高速車輛的結構內，其材料既有較高的強度，優異的成型性能，而且也更便于焊接，因此在薄壁中空大型型材中應用較廣泛。而結合T4狀態相關資料可知，多數材料在經由固溶處理后，其自然時效與穩定狀態都會受到較明顯的影響，關于6N01鋁合金型材在T4狀態下材料性能的數據較少，因此為使材料更好的應用于高速車輛產業，使材料性能在生產流程中免受影響。故而，擠壓對6N01鋁合金型材性能均勻性有何影響，相關企業與試驗人員理應給予足夠關注。

一、試驗方法

本試驗選用高速車輛常用的雙腔室6N01鋁合金型材，其界面呈“日”字形，在常溫環境中，結構穩定且受擠壓影響較小。為明確此型材在T4狀態下的力學性能，需實現確定型材不同位置的取樣方案，而后再采用金屬材料室溫拉伸實驗法（GB/T228-2010）與電子完成材料試驗機（CSS=44200）對材料施以拉伸試驗，以便確定材料的均勻度、延伸率、屈服強度與抗拉強度。待數據獲取完畢，再通過光學顯微鏡查看型材的微觀狀況，分析內部晶體粒子與擠壓力之間的關系，而后再對擠壓力與型材均勻度的影響進行深入分析。

二、試驗結果與論述

1.? 鋁合金型材截面性能均勻性

為明確截面組織的均勻性、截面形狀與取樣點位置之間的關系，本次試驗將取樣走向與擠壓方向保持一致，由此拉伸試驗結果詳見表1。

表1 6N01-T4型材截面性能均勻性拉伸試驗結果

結合表1資料可知，6N01鋁合金型材經由T4熱處理后，其力學性能呈現出了不均勻的特征，使得屈服強度在區間內產生了10%左右的波動，而抗拉強度波動在5%，延伸率則達到了25%。由此可見，經由T4熱處理的6N01型材拉伸不均勻特征主要是受塑性變形抗力與塑性變形能力的影響，而其極限承載能力對性能不均勻度的影響較小。

2.? 取樣走向對型材性能的影響

鋁合金型材力學性能的不均勻度不僅與取樣的確切位置有關，結合試驗可知，取樣走向也會造成力學性能的差異。例如，在型材表面，選用垂直于型材擠壓方向的橫向0°、45°、90°三種方向取樣，其力學性能便如表2所示。

表2 取樣走向對力學性能的影響

基于表2可知，擠壓工藝的實施在型材力學性能方面，隨著角度的不同會呈現出不同的力學性能。入沿著擠壓方向的進行檢測，便會得到最高的屈服強度、抗拉強度與最低的塑性值；而若是選擇垂直于擠壓方向的檢測方式，則屈服強度與抗拉強度會降到最低，而塑性值則會提到最高。由此可見，各方向對型材塑性變形抗力與塑性變形能力影響較大，而對幾線程在能力影響較小。

3.? 型材截面微觀組織與性能關系

OM與SEM觀察表明,T4狀態6N01鋁合金型材截面不同位置具有不同的微觀組織。通過顯微影像可以看出,T4狀態6N01鋁合金型材截面不同位置的微觀組織具有基本相似的特征,即以a-AI晶粒為背景,其上分布著一些Mg2Si彌散強化相或其脫落坑。通過觀察，可以發現d區與e區析出較多第二相,這一組織特征與表1力學性能結果是-致的。鋁合金的強度主要來自于晶界強化和第二相強化，考慮型材的加工工藝，這種第二相應該是在熱擠壓后冷卻過程中形成的。內部區域e與較厚的區域d冷卻速度相對較緩慢,析出的第二相數量就較多、較大,導致屈服強度提高，這說明6N01型材的力學性能對冷卻條件是比較敏感的。

這種擠壓后冷卻速度差異造成的組織與性能不均勻是應該加以控制的，屈服強度的這種提高是不期望的,因為在這種條件下析出的粒子相對較為粗大，且使得后續人工時效過程可析出的第二相粒子減少，將會使得時效強化的總效應下降。這種不均勻性說明進一步 提高現工藝條件下型材擠壓后的冷卻速度是有利的。

結合鋁合金型材三維顯微組織特征可知，晶粒沿擠壓方向及垂直擠壓方向均已被明顯拉長，沿厚度方向被壓縮。這種拉長組織是擠壓變形所導致的，且垂直擠壓方向的拉長與模具設計、型材結構有關,說明該型材在成型過程中沿擠壓方向的橫向也產生了較大的塑性流變。

晶粒沿擠壓方向及垂直擠壓方向的拉長不僅僅是單純的晶粒拉長,實際也產生了晶粒的取向分布，即形成了形變織構。金屬在塑性變形時，晶體的滑移面和滑移方向都要向主形變方向轉動,各個晶粒的某些相同的滑移系，在形變量較大時.都逐漸趨向與拉力軸平行，也就是說，原來是任意取向各個晶粒在空間取向上呈現一定程度的規律性，形成了晶體的擇優取向。研究表明，對6N01鋁合金而言，其沿擠壓方向的拉長組織應該主要是織構<111>，部分是<100>，而垂直擠壓方向的主要晶面為(011)。鋁合金型材拉長組織與形變織構的形成是宏觀力學性能各向異性的內在根源，由于沿拉長軸方向主要是織構<111>,因此沿擠壓方向具有最高的屈服強度、抗拉強度和最低的塑性。垂直于擠壓方向的主要晶面為(011),有最低的屈服強度、抗拉強度和最高的塑性。與擠壓方向成45°方向,性能介于兩者之間。力學性能的差異是組織產生擇優取向的結果。

三、結語

6N01鋁合金型材受力試驗的有效落實，既能夠為檢測人員呈現在T4狀態下，型材塑性、屈服強度、抗拉強度等各方面數據的差異，同時憑借微觀粒子的查驗，更能夠明確擠壓力施加環境對型材晶體粒子的影響，從而更清晰的明確型材均勻度變化的原理。故而，在論述擠壓對6N01鋁合金型材性能均勻性的影響期間，必須明確鋁合金型材常用應用的領域，分析在使用過程中是否存在類似T4狀態的環境，以便為后續更合理的使用鋁合金型材提供更全面的保障。

參考文獻

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