停放時間對6106鋁合金擠壓型材力學(xué)性能的影響

劉旭東，胡 皓，龐俊銘，張 巖，劉 歡

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼陽111003)

0 前言

6×××系鋁合金是一種可熱處理強(qiáng)化鋁合金，屬于Al-Mg-Si系合金，因質(zhì)輕、耐蝕性好、拉伸性能好等特點，其型材可實現(xiàn)大型寬體化[1]。然而該合金在實際擠壓生產(chǎn)過程中，在線淬火后無法直接進(jìn)行人工時效處理，只有室溫狀態(tài)下停放不同時間以發(fā)生自然時效后，再進(jìn)行人工時效。自然時效過程中強(qiáng)度性能有所提高，但其塑性卻有所下降[2]。淬火處理和人工時效之間的時間間隔對擠壓型材的最終力學(xué)性能有一定的影響。因此，確定停放時間對擠壓型材力學(xué)性能的影響對于保證擠壓制品性能合格至關(guān)重要。

6106鋁合金是典型的6×××鋁合金，中等強(qiáng)度，具有良好的塑性、抗蝕性和優(yōu)良的可焊性，且無應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象，但其淬火敏感性較高，廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、車體及船舶等行業(yè)[3-4]。鑒于國內(nèi)外對6106鋁合金的研究較少，但實際生產(chǎn)中6106鋁合金用途較為廣泛，淬火后同樣面對無法直接人工時效的問題。因此，本文主要研究了人工時效前停放時間對6106鋁合金力學(xué)性能的影響，對6106鋁合金的實際生產(chǎn)具有一定的理論指導(dǎo)和實際應(yīng)用意義。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所需材料為某型號6106鋁合金擠壓型材，其截面圖如圖1所示，合金成分見表1。

圖1 6106鋁合金擠壓型材截面圖

表1 6106鋁合金擠壓型材化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

1.2 試驗方法

采用2000t擠壓機(jī)進(jìn)行該型材的擠壓生產(chǎn)。將圖1所示的擠壓型材在線淬火后于室溫下分別停置1、5、10、15、20、25、30、40d后進(jìn)行T7時效熱處理。T7時效熱處理制度選用203℃×4h。對進(jìn)行停放的擠壓型材分別進(jìn)行T4力學(xué)性能、T7力學(xué)性能、折彎及壓潰性能測試。

采用箱式時效爐進(jìn)行時效處理；采用AG-X 100KN電子萬能試驗機(jī)，并按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行室溫拉伸試驗，試驗溫度為23℃；采用AG-IC-50KN電子萬能試驗機(jī)進(jìn)行折彎試驗，試驗溫度為23℃；采用2000KN電液伺服壓力試驗機(jī)進(jìn)行壓潰試驗。按照相關(guān)協(xié)議要求標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測。該標(biāo)準(zhǔn)要求如下：

T4狀態(tài)：Rp0.2、Rpm、A均為實測值；折彎角度≥120°；靜準(zhǔn)壓測試評分≥13分。

T7狀態(tài)：Rp0.2=220～240MPa、Rpm≥215MPa，A為實測值。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 停放時間對型材低倍形貌的影響

表2是不同停放時間后擠壓型材取樣進(jìn)行的低倍缺陷觀察檢測結(jié)果。從表2中可以看出，隨著停放時間的延長，擠壓型材表面均無縮尾、裂紋等缺陷存在。因此，該批擠壓型材的低倍組織符合要求，不存在缺陷組織對該批型號擠壓型材各項力學(xué)性能產(chǎn)生影響。

表2 T4型材低倍形貌結(jié)果

2.2 停放時間對型材高倍組織的影響

分別對不同停放時間后擠壓型材取樣進(jìn)行高倍過燒檢測，其結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，此批次擠壓型材組織均無過燒現(xiàn)象發(fā)生。停放時間為1～25d時，型材組織中Mg2Si相尺寸變化不大；當(dāng)停放時間為30d時，型材中的Mg2Si相較短期略大；停放40d時，略大的Mg2Si相開始減少。

圖2 T4擠壓型材不同停放時間后的高倍過燒圖

圖3是針對該批次擠壓型材不同停放時間的晶粒度檢測圖片。從圖3計算結(jié)果可以看出，當(dāng)停放1～10d時，擠壓型材邊部的晶粒度等級較小，說明該型材的晶粒尺寸較大；當(dāng)停放15、20d時，邊部的晶粒度等級有所增大，說明該型材的晶粒尺寸減小；當(dāng)停放時間為30、40d時，邊部的晶粒度等級又開始減小，說明晶粒尺寸再次增加。該批型材邊部的晶粒尺寸隨著停放時間的增加呈現(xiàn)先大后小再大的趨勢。隨著停放時間的延長，擠壓型材芯部的晶粒度變化并不大。因此，當(dāng)停放15～20d時，邊部晶粒尺寸最小，過短或過長晶粒尺寸均有所增加，而芯部晶粒尺寸變化不大。

圖3 T4型材不同停放時間后的高倍晶粒度圖

2.3 停放時間對型材性能的影響

停放時間不同將會影響擠壓鋁合金時效后的強(qiáng)化效果，這種現(xiàn)象稱為“停放效應(yīng)”。為了分析不同停放時間對型材力學(xué)性能的影響，選取相同批次擠壓型材試樣在線淬火后進(jìn)行停放，對停放后試樣進(jìn)行力學(xué)性能測試，其結(jié)果見表3，并根據(jù)表3所示數(shù)據(jù)分別繪制圖4～圖6停放時間對擠壓型材力學(xué)性能影響的曲線圖。

圖4是不同停放時間擠壓型材的T4力學(xué)性能曲線圖。從圖中可知，隨著停放時間的延長，擠壓型材的抗拉強(qiáng)度及斷后伸長率有所波動，但波動幅度不大。但當(dāng)停放時間為30d時，T4型材的屈服強(qiáng)度大幅度下降，隨后回升。對于該型號擠壓產(chǎn)品，由于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對T4力學(xué)性能并無要求，因此，需要通過詳細(xì)分析其T7狀態(tài)下的各項性能來確定停放時間對擠壓型材性能的影響。

從圖5不同停放時間擠壓型材的T7力學(xué)性能曲線圖可知，隨著停放時間的延長，T7型材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都呈現(xiàn)先增加后降低再增加的趨勢，但數(shù)值的上下波動幅度較小；而斷后伸長率一直呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢，并無太大變化。對比圖4發(fā)現(xiàn)，該擠壓型材隨著停放時間的增加，其力學(xué)性能均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。因此，停放時間的延長對于該擠壓型材的T7力學(xué)性能并無不利影響。

圖6是不同停放時間擠壓型材折彎性能和壓潰性能的曲線變化圖。該擠壓型材在實際應(yīng)用中要求在碰撞過程中具有一定的韌性變形能力。隨著停放時間的延長，擠壓型材的折彎呈現(xiàn)波動，但均高于標(biāo)準(zhǔn)值，因此該擠壓型材的韌性變形能力合格。壓潰試驗同樣反映擠壓型材的韌性變形能力。但當(dāng)停放時間為20d時，該擠壓型材的壓潰性能無法滿足要求，因此長期停放不建議超過20d。

綜上所述，該合金型號停放時間不應(yīng)該大于20d，當(dāng)停放20d時，其T4/T7屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率及彎曲性能均滿足要求，但靜準(zhǔn)壓測試不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；當(dāng)停放時間超過20d時，壓潰性能提高，但有所波動；停放30天時，壓潰性能較低，與該合金停放30d時，T4力學(xué)性能下降相對應(yīng)。

表3停放時間對擠壓型材力學(xué)性能影響

圖4不同停放時間對擠壓型材T4力學(xué)性能的影響

圖5不同停放時間對擠壓型材T7力學(xué)性能的影響

圖6不同停放時間對擠壓型材折彎和壓潰性能的影響

大量研究表明[5-6]：停放效應(yīng)主要與室溫停放時產(chǎn)生的G.P.區(qū)重新溶解有關(guān)。停放時間較短時，室溫下自然時效產(chǎn)生的G.P.區(qū)尺寸較小；停放時間延長后，可獲得了尺寸適當(dāng)?shù)腉.P.區(qū)。從圖2和圖3中同樣可以看出，停放時間在25d以內(nèi)的未過燒組織晶粒尺寸接近，而最大晶粒尺寸逐漸減小，合金的抗拉強(qiáng)度有所提高；而停放時間，超過25d時，G.P.區(qū)將長大到在人工時效溫度下難以重熔的尺寸，降低了沉淀硬化物的析出數(shù)量，未過燒組織中晶粒尺寸開始變大，高倍最大晶粒度尺寸同樣增大，從而降低了合金的抗拉強(qiáng)度。但總體屈服強(qiáng)度呈現(xiàn)波動趨勢。

經(jīng)過人工時效后，當(dāng)停放時間較短時（1d），組織中的不穩(wěn)定相重新溶入到固溶體中，形核率降低，組織中存在粗大過渡相，型材性能不高；停放時間略微增加（1～10d），G.P.區(qū)尺寸適當(dāng)，時效后穩(wěn)定，形核率提高，使型材性能提高；繼續(xù)延長停放時間（10～20d），固溶體中的那些小于臨界尺寸的G.P.區(qū)將重新溶入固溶體中，從而影響材料的性能，性能出現(xiàn)波動；當(dāng)停放時間繼續(xù)延長（20～40d），那些小于臨界尺寸的G.P.區(qū)有可能長大成穩(wěn)定的晶核尺寸，合金強(qiáng)度有所回升，隨后趨于穩(wěn)定[7]。

3 結(jié)論

（1）隨著停放時間的延長，擠壓型材表面均無縮尾、裂紋等缺陷。

（2）隨著停放時間的延長，該批擠壓型材均無過燒存在，型材邊部晶粒呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，而芯部晶粒變化趨勢不大。

（3）隨著停放時間的增加，該擠壓型材的T4力學(xué)性能先增加后降低，除30d抗拉強(qiáng)度下降較大外，其余波動幅度不大；T7力學(xué)性能呈現(xiàn)略微波動趨勢，但均滿足該型材的力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)。彎曲和壓潰性能同樣呈現(xiàn)略微波動，但當(dāng)停放20d時，其壓潰性能不能滿足相關(guān)性能標(biāo)準(zhǔn)。