淬火溫度對(duì)擠壓6005A大型軌道車(chē)輛鋁型材性能的影響

王曉宇，王 俊，王永付，鄭 磊，李宏常

（遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼陽(yáng) 111003）

0 前言

隨著汽車(chē)輕量化的發(fā)展，鋁合金在生產(chǎn)生活中起著不可或缺的作用。6×××系鋁合金具有強(qiáng)度中等、可焊性和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，特別是其良好的擠壓性能，使其作為車(chē)輛型材得到廣泛的應(yīng)用[1-2]。由于該類(lèi)產(chǎn)品多為大寬幅、薄壁斷面型材，擠壓系數(shù)較大，同時(shí)綜合性能指標(biāo)要求較高，需精準(zhǔn)控制在線工藝參數(shù)，尤其是對(duì)淬火溫度的要求極為嚴(yán)格。淬火溫度越高，型材淬火效果越充分，相的固溶程度越好。此時(shí)，型材經(jīng)時(shí)效后的組織、強(qiáng)度及塑性等綜合性能也均較好[3-4]。

為了充分研究及分析6×××系軌道車(chē)輛鋁型材不同淬火溫度對(duì)組織與性能的影響，本文特選取6×××系鋁合金中較具代表性的6005A合金進(jìn)行模擬在線淬火。選用不同離線淬火制度，對(duì)比不同淬火溫度下的6005A型材組織及性能，分析淬火溫度對(duì)組織及性能的影響，并給出生產(chǎn)過(guò)程中的相關(guān)建議。

1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取5 500 t臥式擠壓機(jī)生產(chǎn)的壁厚為4.0 mm的薄壁型材為試驗(yàn)材料進(jìn)行試驗(yàn)。

錠坯選用經(jīng)過(guò)熔煉后半連續(xù)鑄造所得的直徑為370 mm的錠坯。為保證錠坯表面質(zhì)量，需要對(duì)錠坯進(jìn)行車(chē)皮處理后再進(jìn)行擠壓生產(chǎn)。將擠壓后的型材沿?cái)D壓方向切割成300 mm長(zhǎng)的試樣若干以進(jìn)行試驗(yàn)。試樣合金成分見(jiàn)表1。

表1 6005A擠壓型材化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

1.2 試驗(yàn)方法

采用不同的離線淬火溫度對(duì)擠壓后的型材進(jìn)行淬火試驗(yàn)，淬火溫度分別為320℃、340℃、360℃、380℃、400℃、420℃、440℃、460℃和515℃，保溫時(shí)間2 h。之后采用（175±3）℃×8 h時(shí)效制度對(duì)其進(jìn)行時(shí)效處理。對(duì)熱處理后的試驗(yàn)材料進(jìn)行試驗(yàn)，具體試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)內(nèi)容見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)內(nèi)容

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 表面粗糙度及硬度分析

圖1為6005A鋁合金型材經(jīng)淬火及時(shí)效熱處理后其布氏硬度及表面粗糙度變化趨勢(shì)圖。由圖可知：表面粗糙度隨淬火溫度的升高沒(méi)有發(fā)生明顯變化；硬度在中溫區(qū)的變化浮動(dòng)較大，在大于400℃以后變化趨于穩(wěn)定，因此可以說(shuō)明型材在320～400℃（中溫區(qū)）的淬火敏感性比較高。隨著淬火溫度逐漸升高，非平衡相的溶解程度越好，基體的過(guò)飽和度越高，經(jīng)時(shí)效處理后，析出相的分布越彌散細(xì)小[5]。細(xì)小彌散分布的第二相不易產(chǎn)生應(yīng)力集中而失穩(wěn)，材料的硬度值也就越高。當(dāng)淬火溫度超過(guò)400℃時(shí)，非平衡相的溶解固溶已達(dá)到最佳狀態(tài)，基體達(dá)到最大過(guò)飽和度，經(jīng)時(shí)效處理后，析出相的分布亦達(dá)到最佳狀態(tài)，此時(shí)材料硬度值趨于穩(wěn)定，變化不大[6]。

圖1 6005A型材布氏硬度及表面粗糙度隨淬火溫度的變化趨勢(shì)圖

2.2 力學(xué)性能對(duì)比分析

表3為6005A合金型材經(jīng)淬火及時(shí)效熱處理后力學(xué)性能實(shí)測(cè)值。由表3數(shù)據(jù)可知：在中溫區(qū)320～400℃時(shí)，型材的力學(xué)性能大幅度快速提升，并在400℃時(shí)達(dá)到了峰值；隨著溫度（高溫區(qū)420～515℃）的進(jìn)一步提高，可以看出力學(xué)性能變化不顯著，性能趨于穩(wěn)定[7]。

通過(guò)表3可以得出相關(guān)結(jié)論以及生產(chǎn)中的建議，即在線生產(chǎn)時(shí)，出口溫度應(yīng)保證在480℃以上或者在進(jìn)入完全淬火區(qū)時(shí)溫度盡量大于420℃，從而保證中溫淬火的充分性以及淬火速率。

表3 力學(xué)性能結(jié)果

2.3 微觀組織分析

圖2為不同制度下6005A鋁合金型材的微觀組織圖。通過(guò)對(duì)比可以知道：6005A合金型材在線淬火后經(jīng)重新固溶處理未發(fā)生再結(jié)晶，對(duì)應(yīng)晶粒度等級(jí)及最大晶粒尺寸見(jiàn)表4。對(duì)比表中數(shù)據(jù)可知：隨著淬火溫度的升高，材料晶粒度等級(jí)逐漸升高，且最大晶粒尺寸逐漸減小，在淬火溫度達(dá)到400℃時(shí)達(dá)到最佳，晶粒度等級(jí)為2.5級(jí)，最大晶粒尺寸為0.215 mm×0.103 mm；當(dāng)淬火溫度繼續(xù)升高，晶粒度等級(jí)有逐漸減小趨勢(shì)，但最大晶粒尺寸仍在增加。在高溫區(qū)內(nèi)時(shí)，晶粒度等級(jí)為0.5級(jí)，最大晶粒尺寸為0.681 mm×0.219 mm，此結(jié)果與材料硬度值及力學(xué)性能值結(jié)果相呼應(yīng)。當(dāng)淬火溫度為400℃，基體內(nèi)非平衡相充分溶解固溶，過(guò)飽和度達(dá)到最佳，經(jīng)時(shí)效處理后，析出相彌散分布，晶粒度等級(jí)達(dá)到最佳，材料綜合性能最佳[8]。

圖2 不同制度下型材微觀組織

3 結(jié)論

（1）6005A在中溫區(qū)（320～400℃）的淬火敏感性較高，在高溫區(qū)（＞420℃）的淬火敏感性比較低。

（2）淬火溫度越高，6005A型材性能越高并趨于平穩(wěn)。在線生產(chǎn)大型型材時(shí)要保證出口溫度在480℃以上或者在進(jìn)入完全淬火區(qū)時(shí)溫度盡量大于420℃，以便保證中溫淬火的充分性以及淬火速率，以免造成力學(xué)性能不合格。