工藝參數對6005A合金力學性能及粗晶層的影響

鄭 磊，姜 珊，李宏常，王 俊，王云海

(遼寧忠旺集團有限公司 忠旺研究院，遼寧 遼陽 111003)

隨著汽車輕量化的發展，鋁合金在生產生活中起著不可或缺的作用。6xxx系鋁合金具有中等強度、可焊性和耐腐蝕優良的特點，特別是其良好的擠壓性能，使其作為車輛型材得到廣泛的應用[1，2]。為了研究6xxx系車輛鋁型材不同淬火強度對組織與性能的影響，選取6xxx系鋁合金中常用的6005A合金進行試驗。選取在線淬火6005A試樣，分析入淬火區溫度和擠壓速度對組織及性能的影響及趨勢，為我廠提供嚴謹可靠的試驗數據，以便滿足不同客戶的需求。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

本次試驗選用壁厚為2mm空心矩形型材斷面，所用合金成分見表1。

表1 6005A合金化學成分(質量分數，%)

1.2 試驗方法

采用符合國標的6005A合金在2750T擠壓機上生產，然后對試樣進行人工時效175℃×8h。擠壓工藝參數見表2。對時效后試樣分別進行試驗研究。采用AG-X100KN電子萬能試驗機，對型材力學性能進行檢測。在各試樣上切取30mm×30mm長的料樣，進行拋光，再進行陽極覆膜，用酒精棉擦凈后使用AXIO萬能研究級倒置式材料顯微鏡觀察高倍組織粗晶層厚度和最大晶粒尺寸，進一步分析入淬火區溫度和擠壓速度對粗晶層厚度的影響。

表2 擠壓工藝參數

2 試驗結果及分析

2.1 力學性能

圖1為不同擠壓工藝參數下型材的力學性能曲線，由圖可知，其他工藝參數不變，擠壓速度越小，抗拉強度和屈服強度越小，斷后延伸率有小幅上升。當擠壓速度不變時，入淬火區溫度越低，抗拉強度和屈服強度也越小，斷后延伸率略有提升。

圖1 各試樣力學性能曲線

由于擠壓速度越小，進淬火區溫度越低，且淬火冷卻速度也越低，導致過飽和固溶體存在部分提前析出的現象，在時效過程中強化相析出減少，合金強度降低，塑性略有提升。當擠壓速度不變時，入淬火區溫度較高則表明合金中強化相Mg2Si固溶的較徹底，則時效后力學性能更高。相反地，入淬火區溫度較低，則強化相不能完全固溶，同樣的冷卻裝置，淬火冷卻速度也相對較低，最終得到的過飽和固溶體濃度較低，從而合金強度較低。

2.2 高倍組織

2.2.1 擠壓速度對粗晶層厚度的影響

1#～5#試樣粗晶層厚度和最大晶粒尺寸見圖2，不同擠壓速度下型材的粗晶層厚度和最大晶粒面積曲線如圖3所示。由圖3可知，1#～5#擠壓速度從3.4m/min降到2.6 m/min，粗晶層厚度從0.239 mm減小到0.136 mm，隨著擠壓速度的降低，粗晶層厚度明顯減小；最大晶粒面積變化不明顯，存在一定波動。

圖2 不同擠壓速度下型材的皮質層晶粒度圖片

圖3 不同擠壓速度下型材粗晶層厚度和最大晶粒面積曲線

擠壓速度越快，使金屬受到剪切變形越劇烈，劇烈的剪切變形加速第二相粒子MnAl6和Mg2Si的析出，加速Mn粒子脫溶，使再結晶溫度下降，易于再結晶和晶粒聚集長大，形成粗晶層。材料的應變速率越高，亞晶粒周邊的位錯密度隨之提高，材料的變形儲能也就越高[3-7]。變形儲能是再結晶驅動力，變形儲能越高，容易發生再結晶，再結晶的晶粒異常長大便形成粗晶組織。因此擠壓速度越高，粗晶組織越易生成，粗晶層厚度越大。

2.2.2 入淬火區溫度對粗晶層厚度的影響

6#～10#試樣粗晶層厚度和最大晶粒尺寸見圖4，不同入淬溫度下型材粗晶層深度和最大晶粒面積曲線如圖5所示。由圖5可知，6#～10#的入淬火區溫度從510℃降到490℃，粗晶層厚度從0.477mm減小到0.191mm，隨著入淬火區溫度的降低，晶界上的非平衡相更難溶入基體，第二相粒子增多抑制再結晶，粗晶層厚度及最大晶粒面積均呈減小趨勢。入淬火區溫度降低可以顯著的減小大角度亞晶晶界遷移的遷移速度，進而減小粗晶的形成速度，故由此生成的粗晶層越小[8-10]。

圖4 不同入淬溫度下型材皮質層晶粒度圖片

圖5 不同入淬溫度下型材粗晶層深度和最大晶粒面積曲線

3 結論

在實際生產中，為了控制在線淬火6005A合金的粗晶層厚度，可從擠壓速度和入淬火區溫度兩方面著手，同時結合產品的力學性能要求進行調控，本文得出主要結論如下：

(1)其他工藝參數不變，擠壓速度越小，合金的抗拉強度和屈服強度越小，斷后延伸率有小幅上升；

(2)當擠壓速度不變時，入淬火區溫度越低，抗拉強度和屈服強度越小，斷后延伸率略有提升；

(3)其他工藝參數不變，隨著擠壓速度降低，合金粗晶層厚度明顯減小，最大晶粒面積變化不明顯，存在一定波動；

(4)當擠壓速度不變時，隨著入淬火區溫度降低，粗晶層厚度及最大晶粒面積均呈減小趨勢；

(5)對粗晶層厚度要求較高的在線淬火6005A合金，可降低擠壓速度，在保證合金強度的基礎上，適當調控入淬火區溫度，避免較高的入淬溫度。