再時(shí)效對(duì)6061-T6鋁合金力學(xué)性能的影響

郭騰達(dá)

(邢臺(tái)中車環(huán)保科技有限公司,河北 邢臺(tái) 054000)

汽車輕量化是降低能源消耗、減少污染物排放最有效的措施之一,而鋁的密度大約是鋼的 1/3,是應(yīng)用最為廣泛的輕質(zhì)材料[1]。與此同時(shí),鋁合金橡膠復(fù)合制品(如汽車上的橡膠彈簧、底盤橡膠以及各種減震件等)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用也與日俱增。鋁合金橡膠復(fù)合制品種類繁多,每年產(chǎn)生大量更新替換產(chǎn)品或制造過(guò)程中產(chǎn)生的殘次品,而該金屬骨架具有很高的回收再利用價(jià)值,并且回收利用能夠減少資源的浪費(fèi),因此有必要針對(duì)鋁合金橡膠制品無(wú)損剝離工藝開(kāi)展研究。利用電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱將鋁合金橡膠復(fù)合工件加熱到預(yù)定溫度并保溫一定時(shí)間,使鋁合金與橡膠分離。實(shí)際上加熱剝離橡膠的過(guò)程相當(dāng)于對(duì)鋁合金進(jìn)行再時(shí)效,合金中的強(qiáng)化相發(fā)生長(zhǎng)大、粗化,對(duì)力學(xué)性能造成影響[2]。由于該處理工藝對(duì)鋁合金性能的影響程度關(guān)系到鋁合金骨架能否再利用,因此研究再時(shí)效溫度、時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)鋁合金力學(xué)性能的影響具有重要的工程實(shí)踐意義。本試驗(yàn)選取6061-T6鋁合金為研究對(duì)象,研究不同的再時(shí)效溫度、時(shí)間對(duì)其力學(xué)性能的影響,從而探索出對(duì)鋁合金性能影響最小的“安全溫度”。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為6061-T6鋁合金,厚度為3.0 mm,其化學(xué)成分如表1所示。6061鋁合金是可熱處理強(qiáng)化的變形鋁合金,屬于Al-Mg-Si系,以Mg2Si相為強(qiáng)化相,其強(qiáng)度中等,具有良好的塑性及機(jī)械加工性能。

表1 6061鋁合金的化學(xué)成分(質(zhì)量%)

利用線切割制取如圖1所示拉伸試樣,并進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn),試驗(yàn)前利用細(xì)砂紙將試樣割縫處打磨平滑。

圖1 拉伸試樣尺寸

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)橡膠剝離的實(shí)測(cè)溫度,將溫度分為下限和上限,即240 ℃和280 ℃。針對(duì)上述2個(gè)較高的再時(shí)效溫度,在恒溫烤箱中短時(shí)保溫,對(duì)比合金力學(xué)性能的變化情況;同時(shí),針對(duì)200 ℃以下較低的再時(shí)效溫度進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間保溫,對(duì)比合金力學(xué)性能的變化情況。試驗(yàn)分組及再時(shí)效工藝參數(shù)如表2所示。

表2 再時(shí)效工藝參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

對(duì)6061-T6鋁合金母材進(jìn)行拉伸性能測(cè)試,屈服強(qiáng)度為303 N/mm2,抗拉強(qiáng)度為326 N/mm2,伸長(zhǎng)率為14%。經(jīng)不同再時(shí)效工藝時(shí)效后的力學(xué)性能如圖2所示。

圖2 不同再時(shí)效工藝下的鋁合金力學(xué)性能示意圖

由圖2中的力學(xué)性能可以看出,與母材相比,7#試樣(再時(shí)效工藝240 ℃ 0.25 h)的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率下降幅度分別為20.13%、10.43%和32.14%;8#試樣(再時(shí)效工藝280 ℃ 0.25 h)的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率下降幅度分別為33.66%、23.93%和39.29%。說(shuō)明合金性能對(duì)溫度非常敏感,在較高的再時(shí)效溫度下,短時(shí)間內(nèi)就會(huì)導(dǎo)致力學(xué)性能大幅下降。1#～6#試樣在較低的溫度(150～200 ℃)時(shí)效8 h,合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨著溫度的升高先緩慢下降后快速下降,而伸長(zhǎng)率則先快速下降后逐漸趨于平緩。與母材相比,1#試樣(150 ℃ 8 h)的力學(xué)性能基本未發(fā)生變化。綜上所述,再時(shí)效工藝對(duì)鋁合金性能影響明顯。伸長(zhǎng)率對(duì)溫度最為敏感,在較低的再時(shí)效溫度下,伸長(zhǎng)率最先開(kāi)始快速下降,隨后溫度升高,下降幅度逐漸減小,趨于平緩。而伸長(zhǎng)率的大小直接體現(xiàn)塑性的好壞,因此,再時(shí)效溫度對(duì)鋁合金塑性影響較大。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1) 6061-T6鋁合金在280 ℃的再時(shí)效溫度下0.25 h時(shí)間處理后,屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率下降幅度分別為33.66%、23.93%和39.29%,力學(xué)性能急劇下降。

(2)在較低的200 ℃再時(shí)效溫度下經(jīng)過(guò)8 h時(shí)間處理后,屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率降幅分別為10.56%、7.98%和30.71%,力學(xué)性能也較大幅度下降。

(3)經(jīng)過(guò)150 ℃處理8 h后,和母材相比,合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能均未發(fā)生明顯的變化,因此該溫度為鋁合金橡膠復(fù)合制品再時(shí)效處理的“安全溫度”。

(4)研究高溫工藝對(duì)鋁合金性能所造成影響的恢復(fù)方法，或結(jié)合“安全溫度”開(kāi)創(chuàng)綜合剝離工藝是后續(xù)研究的重點(diǎn)。