韩帅
东北轻合金有限责任公司 黑龙江哈尔滨 150060
摘要：汽车车身大规模采用铝合金板材（简称铝板），是行之有效的汽车轻量化技术方案之一。铝合金板材具有较小的密度、较好的耐蚀性，是较为理想的汽车轻量化材料。本文采用不同工艺对Al-Mg-Si-In新型汽车车身铝合金板进行了热处理，并进行了铝合金板的力学性能和耐磨损性能的测试与分析。
关键词：热处理工艺；Al-Mg-Si-In铝合金板；力学性能；耐磨损性能；超声辅助热处理
1试验材料与方法
1.1试验材料
选用半连续水冷铸造后热轧成形的Al-Mg-Si-In系新型汽车车身用铝板为试验材料。经iDEX-150MM型X射线荧光光谱仪分析，材料的化学成分如表1所示。为了热处理试验的需要，将铝板线切割成热处理试样，尺寸为500mm（长）×300mm（宽）×1.5mm（厚）。热处理分别在常规热处理炉及改装的超声振动辅助热处理炉中进行，热处理炉的温度控制精度为±2℃。各试样的热处理工艺由退火、固溶和时效共同组成。本文重点研究退火热处理对Al-Mg-Si-In系新型汽车车身铝板性能的影响。因此，所有试样均采用相同的固溶和时效工艺，固溶温度为480℃、固溶时间为2h、时效温度为180℃、时效时间为8h。试样的退火热处理工艺如表2所示：
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1.2试验方法
试样的力学性能在ZCWE-S1000B数显液压万能试验机进行测试，测试温度为室温，拉伸速率为1mm/min；测试样件的有效长度为75mm，有效宽度为15mm，厚度为1.5mm；并用JSM6510型扫描电子显微镜（SEM）检测拉伸断口形貌。试样的耐磨损性能在MMUD-5B型摩擦磨损试验机上进行，测试温度为室温，记录试样的磨损体积，以此表征试样的耐磨性能，并用PG18型金相显微镜观察试样的表面磨损形貌。为了确保测试结果的准确性和可靠性，每个试样进行了三次平行试验，将三个平行样测试值的算术平均值定为试样的测试值。
2试验结果
2.1力学性能
采用不同退火工艺进行热处理的Al-Mg-Si-In系新型汽车车身铝板试样的力学性能测试结果见图1。
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从图1可看出，与常规热处理（试样1）相比，超声辅助热处理（试样2）能明显提高铝板的强度；其中超声辅助热处理铝板的抗拉强度从248MPa增加至326MPa，增加了31%；屈服强度从129MPa增加至227MPa，增加了76%；断后伸长率从25%减小至24%，减小了4%，变化幅度较小。此外，从图1还可看出，在超声辅助热处理过程中，随热处理温度从350℃（试样3）增加至380℃（试样2）再增加至410℃（试样4），铝板的抗拉强度和屈服强度均先增大后减小，断后伸长率在24%～25%内变化。图2是不同退火热处理Al-Mg-Si-In系新型汽车车身铝板试样的室温拉伸断口SEM照片。
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从图2可看出，四种不同热处理工艺下铝板的室温拉伸断口均由韧窝和撕裂棱组成，都呈现出较为明显的韧性断裂特征。但是与常规热处理（试样1）相比，超声辅助热处理铝板（试样2～4）的拉伸断口中韧窝明显变细、变深，表现出更好的强度。这与试样的强度测试结果一致。对于不同温度下超声辅助热处理的铝板而言，随热处理温度从350℃（试样3）增加至380℃（试样2）再增加至410℃（试样4），铝板拉伸断口中韧窝先变细变深再变粗变浅，呈现出强度先提高后下降。这也与试样的强度测试结果相吻合。由此可以看出，为提高铝板的综合力学性能，优选为热处理温度为380℃的超声辅助热处理工艺。
2.2耐磨损性能
采用不同退火工艺进行热处理的Al-Mg-Si-In系新型汽车车身铝板试样的耐磨损性能测试结果见图3。从图3可看出，与常规热处理（试样1）相比，超声
2.3讨论与分析
在Al-Mg-Si-In系新型汽车车身热轧铝板热处理过程中，与常规热处理相比，采用超声辅助热处理工艺将更有益于提高铝板的力学性能和耐磨损性能。
这主要是因为在超声辅助热处理过程中，超声波在热处理铝板内部产生较为明显的声空化效应和声流效应，有利于促进铝板内部原子的运动，从而使铝板内部温度场更加均匀，使热处理后的铝板内部组织和成分更加均匀，有利于进一步消除孔洞等缺陷，进而明显提高铝板的力学性能和耐磨损性能；此辅助热处理（试样2）能明显减小铝板的磨损体积，提高铝板的耐磨损性能；其中超声辅助热处理铝板的磨损体积从42×10-3mm3减小至23×10-3mm3，减小了45%。此外，从图1还可以看出，在超声辅助热处理过程中，随热处理温度从350℃（试样3）增加至380℃（试样2）再增加至410℃（试样4），铝板的磨损体积先减小后增大，铝板的耐磨损性能先提高后下降。图4是不同退火热处理Al-Mg-Si-In系新型汽车车身铝板试样磨损试验后的表面形貌。从图4可以看出，采用常规热处理时铝板（试样1）在磨损试验后表面出现较多的蚀坑和起皮，以及较粗的磨痕，磨损现象较为严重。采用超声辅助热处理铝板（试样2）在磨损试验后表面无明显的蚀坑和起皮，磨痕也较细，磨损现象明显减轻，表现出更好的耐磨损性能。此外，从图4还可以看出，随超声辅助热处理温度从350℃（试样3）增加至380℃（试样2）再增加至410℃（试样4），铝板磨损试验后的磨损现象先减轻后增重，铝板的耐磨损性能先提高后下降。这与试样的磨损体积测试结果一致。由此可以看出，为提高铝板的耐磨损性能，优选为热处理温度为380℃的超声辅助热处理工艺。
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3结论
（1）与常规热处理相比，超声辅助热处理明显提高Al-Mg-Si-In系新型汽车车身铝板的力学性能和耐磨损性能；抗拉强度增加31%，屈服强度增加76%，断后伸长率减小4%，磨损体积减小45%。（2）在超声辅助热处理过程中，随热处理温度从350℃增加至410℃，Al-Mg-Si-In系新型汽车车身铝板的抗拉强度和屈服强度均先增大后减小，磨损体积先减小后增大，断后伸长率在24%～25%变化。（3）为了提高Al-Mg-Si-In系新型汽车车身铝板的力学性能和耐磨损性能，优选的热处理工艺为380℃退火1h、超声振动频率35Hz的超声辅助热处理。
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