天津达祥精密工业有限公司 天津 301700
摘要：铝合金具有较小密度、较高的塑性和比强度以及优异的耐蚀性，被广泛应用于汽车行业，成为汽车上重要的轻质材料。塑性是铝合金挤压型材加工的重要性能，一般将断后伸长率作为塑性考核指标。在研究挤压工艺对汽车用铝合金影响过程中发现，挤压筒温度440℃时拉伸断口韧窝比370℃时的韧窝细小，深度较深；挤压筒温度从370℃升高至450℃时，合金的抗拉强度和屈服强度先增大后减小，断后伸长率在15.8%～18.2%范围内变化，在440℃时性能达到最佳。通过调整7005合金时效制度达到降低断后伸长率目的，使其更具有实际意义。可见，人们对铝合金挤压材断后伸长率的研究越来越多。
关键词：热处理；汽车；铝合金性能
引言
车用铝合金为可热处理强化合金，在铸态及热处理后具有优良的室温力学性能，无热裂倾向、线收缩小、气密性高，其切削加工性和焊接性均较好，广泛应用于高载荷铸件、发动机转子及缸盖等重要部件。本文重点研究了热处理对汽车用铝合金性能的影响。
1简述铝合金型材在车身及零件系统中应用情况
（1）零件材料的选用。车身结构件一般对强度和塑性有较高要求，应用最多的材料是6系铝合金，通过热处理强化，综合性能好。前后防撞梁、前后纵梁、门槛梁、座椅横梁等、仪表板骨架（Cross Car Beam，简称CCB）、电池包框架等零件系统多采用6系铝合金，如6082、6063、6061、6003、6005等，对碰撞强度要求较高时多采用6082，对碰撞吸能溃缩变形要求较高时多采用6061、6063，如防撞梁吸能盒和前后纵梁等。铝合金具有良好的散热效果，广泛应用于汽车的热交换系统，如3003，挤压性能优异，可以实现壁厚0.5mm的口琴管的挤压成型。
（2）零件截面设计原则。截面结构尽可能对称；型腔均匀且不能太小，否则挤压成型困难；壁厚不能过薄，圆角尽可能大，便于材料流动，防止挤压缺陷；尽可能采用成熟截面。
（3）零件尺寸精度控制。由于铝合金的弹性模量小，型材变形加工（如拉弯、辊弯等）后回弹比较大，尺寸精度控制困难，尽可能应用平直的结构，避免零件有大曲率弯曲结构，否则成形后需增加整形工艺。时效处理时也会产生热变形。
（4）尽可能采用铆接或低热输入的焊接工艺，如激光焊接和CMT（冷金属过渡焊接）等，防止热变形。
2研究热处理对汽车用铝合金性能影响的试验方法
2.1试验材料
试验所用Al-Mg-Si合金的具体成分见表1
.png)
2.2试验方法
此次试验型材断面呈“品”字形，壁厚为1mm、2mm、3mm，分别记为试样A、B、C。经挤压加工、在线水雾淬火、人工时效处理后，进行力学性能拉伸测试；使用金相显微镜对A、B、C3个试样进行显微晶粒观察，采用扫描电镜和能谱分析方法分析试样C在欠时效、峰时效和过时效下的拉伸断口形貌。
3试验结果与分析
3.1始锻温度对6061铝合金微观组织的影响
根据实验观察为同始锻温度下自由锻造的铝合金试样的微观组织。从实验中看出，当始锻温度为350℃时，晶粒的尺寸较大且分布不均匀，主要呈现为等轴状，晶界间分布有许多黑色第二相。当始锻温度提高到400℃时，原来的晶粒在热能输入和空气锤的动能输入的共同作用下，开始发生动态再结晶现象。部分尺寸较大的晶粒逐渐破碎为尺寸较小的晶粒，这些晶粒围绕在大晶粒周围，使得晶粒的尺寸分布更加不均匀。当始锻温度为450℃时，之前的大晶粒已经完全破碎，形成为形貌、尺寸和分布较为均匀的等轴晶。由于此时晶粒的形核率较高，晶粒与始锻温度为350℃时的试样相比更加细小和紧密。
3.2力学性能试验结果
通过早期显微组织演变过程中发现，在时效初期，在基体上产生了大量细小弥散的溶质原子团簇和GP区，保持着基体结构，对位错运动产生阻碍，使合金的强度和硬度显著提高，断后伸长率显著下降；随着时效时间的延长，溶质原子团簇的数量密度显著降低，GP区不断长大，并转变为β″相。由于β″相与基体共格畸变程度更大，对位错的阻碍作用远远大于溶质原子团簇和GP区，合金强度达到了峰值，断后伸长率最低；在时效后期即过时效时，析出相长大，周围基体溶质原子被吸收，无沉淀析出带加宽。有种看法认为无沉淀析出带会降低合金的塑性，塑性随带宽增加而降低；在带宽增加的同时，晶界上优先脱溶析出相的数量和尺寸增加，也降低了合金塑性，导致合金的断后伸长率降低[4]。因而，在欠时效时合金的断后伸长率较高，随着时效时间的延长或时效温度的提高，断后伸长率逐渐降低；峰时效时，断后伸长率基本上达到最低值，而过时效的断后伸长率与峰时效相近。
3.3始锻温度对铝合金拉伸性能的影响
从实验中可以看出，相比于未经锻造的6061铝合金试样，自由锻造可以有效提高试样的屈服强度和抗拉强度。随着始锻温度的升高，试样的屈服强度和抗拉强度呈现出了先增加后降低的趋势。这主要与晶粒随始锻温度发生的尺寸变化和第二相的相互作用有关。当始锻温度为350℃时，由于晶粒的尺寸较大且分布不均，晶粒间比较容易产生滑移，导致其屈服强度和抗拉强度提升较小。当始锻温度为400℃时，由于晶粒发生破碎和动态再结晶现象，第二相也会伴随着发生破碎现象，从而产生部分畸变；此外，由于温度升高部分破碎的第二相元素会溶解到基体中从而造成固溶强化现象。当始锻温度进一步升高到450℃时，除之前的强化作用下，晶粒发生完全的再结晶过程，形成了致密且分布均匀的晶粒结构，整体的晶界增多，使得变形时位错运动受到的阻碍增强，从而具有较强的抗拉强度，此时的屈服强度和抗拉强度最大可以达到218MPa和239MPa。最后，当始锻温度达到500℃，此时试样的锻造热能输入过量，除了容易造成试样氧化外，试样的晶粒会进一步长大，从而降低了晶界的总表面积，且试样的分布不够致密和均匀，这些因素共同导致了试样强度的降低。此外，试样的伸长率随着始锻温度的增加而呈现出缓慢降低的趋势。综合而言，虽然经过锻造后试样的伸长率有所降低，但自由锻造可以显著提高试样的屈服强度和抗拉强度。
结束语
（1）当时效制度为175℃×16h时，Al-Mg-Si合金强度达到了最大值，断后伸长率达到了最低值；随着时效温度的升高和时间的延长，合金断后伸长率基本上保持不变。
（2）受变形程度和淬火强度影响，壁厚1mm的粗晶层厚度大于壁厚2mm和3mm的粗晶层，壁厚1mm的试样再结晶程度大，其断后伸长率低。
（3）欠时效试样断口韧窝均匀，其韧窝深度大于峰时效和过时效；峰时效和过时效的韧窝大小不一，在韧窝底部存在着AlMgSi或AlMg第二相粒子，为韧窝的形成源；欠时效的试样断裂方式为韧性断裂，峰时效和过时效为韧性-脆性混合断裂。
参考文献
[1]李爱娜.汽车轮毂新型铝合金热处理工艺优化研究[J].汽车实用技术,2019(16):188-190.
[2]李波涛,何昌协,徐志飞,曲毅.汽车用6016铝合金热处理组织与性能的研究[J].汽车工艺与材料,2019(07):63-67.
[3]王飞,王红.汽车用6082铝合金热处理工艺研究[J].热加工工艺,2018,47(16):245-247+253.
[4]曹源,曹乐南.汽车空调新型铝合金的热处理工艺优化[J].热加工工艺,2018,47(12):179-182.
[5]张文金,王青春,王国民,唐丽娜,陈锐朗.热处理对新型汽车车身铝合金板性能的影响[J].热加工工艺,2018,47(06):246-249.