擠壓對6N01鋁合金型材性能均勻性的影響

趙建偉

【摘? 要】目的：明確擠壓對6N01鋁合金型材性能均勻度的影響；方法：選擇T4狀態(tài)6N01鋁合金型材，在不同位置進行取樣，期間按照金屬材料室溫拉伸法、電子萬能材料試驗機分別確定材料的延伸率、屈服強度與拉伸強度，而后再通過顯微裝置掃描材料的微觀變化；結(jié)果：鋁合金截面性能均勻度受屈服強度與延伸率影響較大，受抗拉強度影響較小，不同取樣走向?qū)ρ由炻逝c屈服強度影響較大，對抗拉強度影響較小，且型材性能數(shù)值的變化與擠壓方向、微觀晶粒有直接的關(guān)聯(lián)性；結(jié)論：型材性能均勻性的變化與力學(xué)性能有內(nèi)在聯(lián)系，另外還受熱擠壓變形與冷卻速度等工藝的影響。

【關(guān)鍵詞】鋁合金；型材性能；擠壓均勻性；截面質(zhì)量

6N01鋁合金型材常用于高速車輛的結(jié)構(gòu)內(nèi)，其材料既有較高的強度，優(yōu)異的成型性能，而且也更便于焊接，因此在薄壁中空大型型材中應(yīng)用較廣泛。而結(jié)合T4狀態(tài)相關(guān)資料可知，多數(shù)材料在經(jīng)由固溶處理后，其自然時效與穩(wěn)定狀態(tài)都會受到較明顯的影響，關(guān)于6N01鋁合金型材在T4狀態(tài)下材料性能的數(shù)據(jù)較少，因此為使材料更好的應(yīng)用于高速車輛產(chǎn)業(yè)，使材料性能在生產(chǎn)流程中免受影響。故而，擠壓對6N01鋁合金型材性能均勻性有何影響，相關(guān)企業(yè)與試驗人員理應(yīng)給予足夠關(guān)注。

一、試驗方法

本試驗選用高速車輛常用的雙腔室6N01鋁合金型材，其界面呈“日”字形，在常溫環(huán)境中，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且受擠壓影響較小。為明確此型材在T4狀態(tài)下的力學(xué)性能，需實現(xiàn)確定型材不同位置的取樣方案，而后再采用金屬材料室溫拉伸實驗法（GB/T228-2010）與電子完成材料試驗機（CSS=44200）對材料施以拉伸試驗，以便確定材料的均勻度、延伸率、屈服強度與抗拉強度。待數(shù)據(jù)獲取完畢，再通過光學(xué)顯微鏡查看型材的微觀狀況，分析內(nèi)部晶體粒子與擠壓力之間的關(guān)系，而后再對擠壓力與型材均勻度的影響進行深入分析。

二、試驗結(jié)果與論述

1.? 鋁合金型材截面性能均勻性

為明確截面組織的均勻性、截面形狀與取樣點位置之間的關(guān)系，本次試驗將取樣走向與擠壓方向保持一致，由此拉伸試驗結(jié)果詳見表1。

表1 6N01-T4型材截面性能均勻性拉伸試驗結(jié)果

結(jié)合表1資料可知，6N01鋁合金型材經(jīng)由T4熱處理后，其力學(xué)性能呈現(xiàn)出了不均勻的特征，使得屈服強度在區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生了10%左右的波動，而抗拉強度波動在5%，延伸率則達到了25%。由此可見，經(jīng)由T4熱處理的6N01型材拉伸不均勻特征主要是受塑性變形抗力與塑性變形能力的影響，而其極限承載能力對性能不均勻度的影響較小。

2.? 取樣走向?qū)π筒男阅艿挠绊?/p>

鋁合金型材力學(xué)性能的不均勻度不僅與取樣的確切位置有關(guān)，結(jié)合試驗可知，取樣走向也會造成力學(xué)性能的差異。例如，在型材表面，選用垂直于型材擠壓方向的橫向0°、45°、90°三種方向取樣，其力學(xué)性能便如表2所示。

表2 取樣走向?qū)αW(xué)性能的影響

基于表2可知，擠壓工藝的實施在型材力學(xué)性能方面，隨著角度的不同會呈現(xiàn)出不同的力學(xué)性能。入沿著擠壓方向的進行檢測，便會得到最高的屈服強度、抗拉強度與最低的塑性值；而若是選擇垂直于擠壓方向的檢測方式，則屈服強度與抗拉強度會降到最低，而塑性值則會提到最高。由此可見，各方向?qū)π筒乃苄宰冃慰沽εc塑性變形能力影響較大，而對幾線程在能力影響較小。

3.? 型材截面微觀組織與性能關(guān)系

OM與SEM觀察表明,T4狀態(tài)6N01鋁合金型材截面不同位置具有不同的微觀組織。通過顯微影像可以看出,T4狀態(tài)6N01鋁合金型材截面不同位置的微觀組織具有基本相似的特征,即以a-AI晶粒為背景,其上分布著一些Mg2Si彌散強化相或其脫落坑。通過觀察，可以發(fā)現(xiàn)d區(qū)與e區(qū)析出較多第二相,這一組織特征與表1力學(xué)性能結(jié)果是-致的。鋁合金的強度主要來自于晶界強化和第二相強化，考慮型材的加工工藝，這種第二相應(yīng)該是在熱擠壓后冷卻過程中形成的。內(nèi)部區(qū)域e與較厚的區(qū)域d冷卻速度相對較緩慢,析出的第二相數(shù)量就較多、較大,導(dǎo)致屈服強度提高，這說明6N01型材的力學(xué)性能對冷卻條件是比較敏感的。

這種擠壓后冷卻速度差異造成的組織與性能不均勻是應(yīng)該加以控制的，屈服強度的這種提高是不期望的,因為在這種條件下析出的粒子相對較為粗大，且使得后續(xù)人工時效過程可析出的第二相粒子減少，將會使得時效強化的總效應(yīng)下降。這種不均勻性說明進一步 提高現(xiàn)工藝條件下型材擠壓后的冷卻速度是有利的。

結(jié)合鋁合金型材三維顯微組織特征可知，晶粒沿擠壓方向及垂直擠壓方向均已被明顯拉長，沿厚度方向被壓縮。這種拉長組織是擠壓變形所導(dǎo)致的，且垂直擠壓方向的拉長與模具設(shè)計、型材結(jié)構(gòu)有關(guān),說明該型材在成型過程中沿擠壓方向的橫向也產(chǎn)生了較大的塑性流變。

晶粒沿擠壓方向及垂直擠壓方向的拉長不僅僅是單純的晶粒拉長,實際也產(chǎn)生了晶粒的取向分布，即形成了形變織構(gòu)。金屬在塑性變形時，晶體的滑移面和滑移方向都要向主形變方向轉(zhuǎn)動,各個晶粒的某些相同的滑移系，在形變量較大時.都逐漸趨向與拉力軸平行，也就是說，原來是任意取向各個晶粒在空間取向上呈現(xiàn)一定程度的規(guī)律性，形成了晶體的擇優(yōu)取向。研究表明，對6N01鋁合金而言，其沿擠壓方向的拉長組織應(yīng)該主要是織構(gòu)<111>，部分是<100>，而垂直擠壓方向的主要晶面為(011)。鋁合金型材拉長組織與形變織構(gòu)的形成是宏觀力學(xué)性能各向異性的內(nèi)在根源，由于沿拉長軸方向主要是織構(gòu)<111>,因此沿擠壓方向具有最高的屈服強度、抗拉強度和最低的塑性。垂直于擠壓方向的主要晶面為(011),有最低的屈服強度、抗拉強度和最高的塑性。與擠壓方向成45°方向,性能介于兩者之間。力學(xué)性能的差異是組織產(chǎn)生擇優(yōu)取向的結(jié)果。

三、結(jié)語

6N01鋁合金型材受力試驗的有效落實，既能夠為檢測人員呈現(xiàn)在T4狀態(tài)下，型材塑性、屈服強度、抗拉強度等各方面數(shù)據(jù)的差異，同時憑借微觀粒子的查驗，更能夠明確擠壓力施加環(huán)境對型材晶體粒子的影響，從而更清晰的明確型材均勻度變化的原理。故而，在論述擠壓對6N01鋁合金型材性能均勻性的影響期間，必須明確鋁合金型材常用應(yīng)用的領(lǐng)域，分析在使用過程中是否存在類似T4狀態(tài)的環(huán)境，以便為后續(xù)更合理的使用鋁合金型材提供更全面的保障。

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