6008合金汽車保險杠吸能盒的物理性能研究

張富亮，徐 寧，王 宇，都 偉，谷 月，榮光明

（遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼陽111003）

0 前言

6×××系鋁合金具有成形性好、耐蝕性強、強度高等特點，是一種適合于汽車應(yīng)用的輕量化材料，可用于汽車車身、車輪、油箱、鋁罐、機器蓋板、電機殼等結(jié)構(gòu)中[1-3]。其中6008 鋁合金因具有抗沖擊性、焊接性好等特點被廣泛用于制作車門、保險杠橫梁、吸能盒等部件[4-6]。汽車吸能盒是汽車保險杠系統(tǒng)中重要的吸能裝置，安裝在橫梁與車架縱梁之間，作為一種低速安全保護(hù)系統(tǒng)而存在，不僅滿足了輕量化要求，同時也滿足碰撞吸能要求[7]。因而如何使其具有良好的力學(xué)性能以及塑性已成為當(dāng)今研究重點。

本文選用汽車保險杠吸能盒用6008 鋁型材為研究對象，通過對材料進(jìn)行不同時效制度處理，研究其力學(xué)性能、化學(xué)成分、宏觀金相組織及斷口形貌，以尋求最優(yōu)時效制度，為汽車保險杠吸能盒用鋁型材的工藝研究和加工技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

1 試驗材料與方法

本文選用鑄錠規(guī)格為?198 mm 的6008 鋁合金鑄錠，其成分見表1。選用型材米重2.412 kg/m，通過2000 t油壓臥式雙動擠壓機進(jìn)行生產(chǎn)。模具為橋式舌形分流組合模，擠壓工藝參數(shù)見表2，型材斷面如圖1 所示，融合口分布斷面如圖2 所示。取兩組試樣進(jìn)行時效處理，其時效制度見表3。將時效后的試樣沿擠壓方向取200 mm 標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，使用日本島津AG-X100KN型電子萬能試驗機對其進(jìn)行力學(xué)拉伸性能檢測。將時效后的試樣截取60 mm×60 mm 大小做折彎試驗，試驗使用的是型號為YBT 1206 的100 kN 電液伺服壓力試驗機及半徑為0.4 mm 的壓頭。選取時效后的200 mm 試樣進(jìn)行壓縮試驗，試樣表面不得有劃痕和損傷且試樣兩端必須平行垂直于兩側(cè)，使用電子萬能試驗機將試樣壓縮至原試樣長度的30%～50%后停止試驗。采用液壓式試驗機進(jìn)行融合口試驗，通過半徑為R4的壓頭對試樣擠壓融合位置下壓式加載，通過試樣斷裂位置的斷口形貌來判斷融合的好壞。

表1 6008 合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

表2 擠壓工藝參數(shù)

圖1 型材低倍斷面圖

圖2 型材融合口斷面圖

表3 時效制度

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 力學(xué)性能

檢測時效后的1#～6#試樣的力學(xué)拉伸性能，其結(jié)果如表4 所示。通過表4 可以看出，兩組不同時效制度下的力學(xué)性能試驗數(shù)據(jù)均滿足客戶給定的標(biāo)準(zhǔn)要求，時效制度為210 ℃×3 h 的試樣屈服強度及抗拉強度均高于時效制度210 ℃×6 h 的，時效制度210 ℃×3 h 的試樣斷后伸長率低于時效制度210 ℃×6 h 的。由于在時效過程中，溶質(zhì)原子集聚形成GP 區(qū)起到強化作用，隨著時效時間的延長，析出相尺寸長大，間距變大晶格畸變減小，強度降低，塑韌性變高。

表4 力學(xué)性能試驗對比數(shù)據(jù)

2.2 彎曲性能

對兩種時效制度下的試樣進(jìn)行彎曲性能檢測，試驗結(jié)果見表5。通過表5 可以看出，時效制度為210 ℃×3 h 的1#～3#試樣折彎彎曲角度為不合格，而時效制度為210 ℃×6 h的4#～6#試樣折彎彎曲角度合格，210 ℃×3 h 下的最大彎曲角度要小于標(biāo)準(zhǔn)值且低于210 ℃×6 h 下的試樣。圖3 為3#、6#試樣在折彎過程中的彎曲力曲線。由圖可知，3#試樣最大彎曲力值雖然高于6#的，但3#試樣在未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的彎曲角度之前發(fā)生斷裂，表明3#試樣所能承受的最大彎曲變形量要低于6#試樣，即試樣在時效制度210 ℃×6 h 下具有更好的變形承受能力，其韌性、塑性優(yōu)于210 ℃×3 h下的試樣。

圖3 不同時效制度下試樣彎曲力曲線

表5 不同時效制度下型材的彎曲性能

2.3 壓潰性能

壓縮試驗變形過程為：開始壓縮時，合金發(fā)生彈性屈服，承受的載荷迅速增加，超過彈性屈服后變?yōu)樗苄郧?，部分發(fā)生失穩(wěn)變形；承受的載荷繼續(xù)增加進(jìn)而達(dá)到峰值，而后載荷緩慢下降，經(jīng)歷一定位移后下降至最低點，此時形成第一個褶皺；繼續(xù)下壓導(dǎo)致未變形區(qū)開始變形，形成下一個褶皺，往復(fù)循環(huán)[8]。

對上述3#、6#試樣進(jìn)行壓潰試驗，其壓潰后宏觀形貌如圖4所示。試驗結(jié)果按照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行評定?？芍?，3#試樣在加載到標(biāo)準(zhǔn)收縮距離后裂紋明顯，未能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的效果；而6#試樣加載后規(guī)律起皺，表面無裂紋，達(dá)到客戶標(biāo)準(zhǔn)要求，起到了在碰撞過程中吸收碰撞能量的效果，滿足了設(shè)計要求，從而能夠更好地起到保護(hù)車輛的作用。

圖4 壓潰試驗后的試樣宏觀形貌

2.4 融合口

產(chǎn)品是采用分流組合模擠壓完成的，因3#試樣折彎及壓潰結(jié)果不合格，未達(dá)到設(shè)計要求，所以要對擠壓過程中分流組合位置進(jìn)行檢驗，判斷是否因焊合不良缺陷導(dǎo)致的折彎及壓潰不合格。先對3#、6#試樣進(jìn)行金相低倍組織檢驗，確定融合口位置是否存在宏觀組織缺陷。先把3#、6#放入20～35℃、濃度為15%～25%的NaOH 溶液中，腐蝕20～30 min 后將試樣取出迅速轉(zhuǎn)入流動的清水中沖洗，然后再放入20%～30%的HNO3溶液中酸洗15 min，除去黑色堿蝕產(chǎn)物后用流動的清水沖洗干凈[9]。試樣低倍宏觀組織如圖5 所示，擠壓融合口位置如圖6所示。

圖5 腐蝕后試樣融合口宏觀組織

由試驗可知，3#及6#試樣宏觀組織合格，表面無裂紋、縮尾及焊合不良等缺陷。融合口斷口形貌呈纖維狀說明在擠壓融合時候融合得好，若斷口成平齊狀則說明融合得不好。3#及6#試樣的擠壓融合位置斷口呈纖維狀，擠壓融合性能良好。這說明并不是因為擠壓融合不好導(dǎo)致壓潰試樣不合格。

圖6 3#及6#試樣部分融合口位置斷裂后宏觀形貌

3 結(jié)論

（1）6008 合金目字型型材在兩種時效制度下的力學(xué)性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。時效制度210 ℃×6 h下型材的抗變形能力高于時效制度210 ℃×3 h的，彎曲角度符合客戶要求。210℃×6 h 時效制度下試樣壓潰后無裂、褶皺，吸收性能符合客戶要求。

（2）203 ℃×3 h 時效制度下型材的擠壓融合口位置合格，說明壓潰不合格并不是因為擠壓融合不好所導(dǎo)致的。