6106汽車用鋁合金型材雙級時效工藝的研究

馬 多，侯北晨，徐 強，劉 學，溫 楊，恒俊楠

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

鋁合金因密度小、比強度高、焊接性能好、耐腐蝕、易成型等眾多優點，被廣泛應用在航空航天、交通運輸、建筑業等領域。近年來，隨著新能源汽車的不斷普及，充電設施的陸續覆蓋，節能環保要求的提高，汽車輕量化市場空間將越來越廣闊[1-2]。隨著汽車輕量化需求和安全性能要求的不斷提高，鋁合金在車體上的大量應用是未來汽車輕量化發展的必然趨勢[3-5]。此外汽車多經歷潮濕、高溫等復雜環境，作為汽車結構材料不僅具備較高強度，還要有良好的耐腐蝕能力。時效工藝是提高基體性能的重要手段，具有調控合金中第二相分布、尺寸和數量的作用，可以有效改善合金的耐腐蝕性能。6xxx系鋁合金是應用于汽車制造的典型鋁合金，包括6061、6003、6008和6106等合金牌號，國內外對6xxx系鋁合金均開展了深入研究，但對6106鋁合金雙級時效處理研究文獻報道較少。傳統的6016鋁合金型材采用單級時效工藝175℃×8h即可取得良好的力學性能，但時間較長，能耗較高。本文研究雙級時效制度對6106鋁合金型材力學性能、電導率、晶間腐蝕的影響，在保證各項性能的基礎上，探究可替代單級時效制度的雙級時效制度，達到縮短時效工藝時間，減少能耗的目的，為汽車用6106鋁合金工業化生產節能減排提供理論依據。

1 實驗材料和方法

實驗材料選用6106鋁合金鑄錠，其成分(質量分數，%)為，Si 0.40～0.52，Mg 0.40～0.54，Fe 0.1～0.2，Cu≤0.2，Mn 0.05～0.10，Cr 0.05，Ti 0.05，Zn 0.03，Al余量。均質處理后在2000T擠壓機進行擠壓，擠壓工藝為鑄錠溫度490℃～510℃；擠壓速度3.1mm/s～4.1mm/s；擠壓比為32.7；淬火方式為水霧。

淬火后，截取型材進行雙級時效處理。本實驗制定了9種雙級時效制度。采用日本島津AG-X100型電子萬能試驗機對試樣進行靜載拉伸試驗；采用SMP-10渦流電導儀進行電導率測試；以及進行晶間腐蝕試驗。為保證試驗數據準確定，同一時效制度截取2～3個試樣進行試驗。分析本實驗型材在9組雙級時效制度下的各項性能，與單級峰時效性能進行對比。時效工藝見表1。

2 試驗結果和分析

2.1 力學性能

不同雙級時效制度下試樣的力學性能見表2。該數值為同一時效制度下2個試樣的平均值。由表2可以看出，在一級時效固定的情況下，165℃的1號～3號試樣、175℃的4號～6號試樣、185℃的7號～9號試樣的強度隨著二級時效保溫時間的延長而增大。在二級時效保溫時間為3h時，不同二級時效溫度的6號試樣和9號試樣的強度相近，均高于3號試樣，但9號試樣的延伸率高于6號試樣。與此同時，9號試樣(120℃×2h+185℃×3h)的強度和延伸率與單級峰時效制度的更相近。

表1 試樣時效制度

表2 不同時效制度下試樣力學性能

120℃時效溫度低于合金中GP區的脫溶溫度線，較低的形核勢壘使GP區優先形核。因此，經120℃×2h時效后，合金晶內析出相主要為GP區。在此基礎上繼續較高溫度時效，GP區逐漸長大并向η′相轉變，此時GP區和η′相與基體共格或半共格，可通過位錯切過機制阻礙位錯運動，從而提高合金強度。

2.2 電導率

在同一雙級時效制度下取3個試樣進行電導率試驗，試驗結果見表3，求出平均值繪制如圖1所示曲線。由圖1可以看出，在相同保溫時間下，隨著溫度的升高，電導率增加；在相同時效溫度下，隨著時間的延長，電導率增加。這是因為隨著溫度的升高，溶質原子加速擴散，以及隨著時間的延長，沉淀相析出長大，致使基體內晶格畸變程度下降，有利于電子運動，所以電導率增加。由表3可知，1號～9號試樣電導率均遠高于單級峰時效達到的電導率數值，其中9號試樣(120℃×2h+185℃×3h)電導率最高，達到50.81%IACS，一般來說電導率越高，抗晶間腐蝕性能越好。

表3 不同時效制度下試樣電導率(單位：%IACS)

圖1 不同雙級時效制度下電導率變化曲線Fig.1 Conductivity change curve under different two-stage aging systems

2.3 晶間腐蝕

圖2為不同雙級時效制度下晶間腐蝕高倍圖。可以看出，晶間腐蝕程度基本相同，這與電導率值相差較小相關。說明電導率數值相近，晶間腐蝕程度相近。一級時效溫度120℃利于在低溫階段合金中形成GP區，為η′相的形核做準備；在此基礎上繼續較高溫度時效，讓合金在高溫階段(165℃、175℃、185℃)以GP區為核心形成η′相，并隨著時間延長而讓合金晶界處的η′相長大，采用雙級時效制度來控制析出相的大小和分布，從而降低腐蝕敏感性。

圖2 不同時效制度下晶間腐蝕高倍圖Fig.2 High-magnification diagram of intergranular corrosion under different aging systems

3 結論

(1) 在一級時效為120℃×2h情況下，隨著二級時效時間的延長，6106合金的屈服強度、抗拉強度升高，斷后延伸率下降；在二級時效保溫時間3h、時效溫度185℃下，6106鋁合金型材性能最好。

(2) 在120℃×2h+185℃×3h雙級時效下，6106鋁合金型材的屈服強度達到230.5MPa，抗拉強度達到260MPa，斷后延伸率達到16.75%，與單級峰時效制度的性能指標更相近，可以作為單級峰時效制度的替代制度。

(3) 在相同保溫時間下，隨著溫度的升高，6106鋁合金型材的電導率增加；在相同時效溫度下，隨著時間的延長，6106鋁合金型材的電導率也是增加，但數值相差較小，與晶間腐蝕程度趨勢相同。