時效制度對汽車用6106鋁合金型材性能的影響

張春旭，李延軍，李洪林，劉 歡，石 玲

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

鋁合金因密度小、耐腐蝕、比強度高、易成型等眾多優點，被廣泛應用在航空航天、交通運輸、建筑業等領域。近年來，隨著汽車輕量化的迅猛發展，鋁合金在汽車上的應用越來越廣泛，但對鋁合金性能要求也更加嚴格，尤其是對韌性的需求[1]。目前，國內外已對汽車用6061、6016和6063等鋁合金進行了較為深入的研究[2-4]，尤其是對時效工藝[5-9]的研究。但現有文獻對6106合金的時效工藝報道較少，本文研究不同時效制度對汽車用6106鋁型材力學性能、折彎性能和電導率的影響規律，為優化汽車用鋁合金型材提供基礎應用依據。

1 試驗材料和方法

采用半連續鑄造法進行鑄錠材料制備，其成分見表1，隨后進行均質處理。選擇常用車體型材斷面，利用1250T擠壓機進行擠壓，擠壓工藝見表2。經淬火后，選取6組相同試樣進行不同的時效處理，時效工藝見表3。

表1 6106合金化學成分(質量分數，%)

表2 型材擠壓工藝

表3 試樣時效制度

采用日本島津AG-X100型電子萬能試驗機對試樣進行靜載拉伸試驗；利用AG-IC 50KN電子萬能試驗機測試試樣折彎性能；采用SMP-10渦流電導儀進行電導率測試；采用蔡司AX10型光學顯微鏡進行組織觀察。

折彎檢測通常針對汽車用鋁合金型材，主要考察型材韌性。根據VDA238-100的試驗方法對試樣進行彎曲測試。研究6106試樣發生塑性彎曲和彈性彎曲時，試樣承受最大力所得的彎曲角度，此彎曲角根據彎曲沖程計算，測試設備見圖1。

2 試驗結果及分析

2.1 力學性能及折彎性能分析

圖1 折彎設備示意圖

不同時效制度下試樣的力學性能和折彎性能，見表4。隨著時效溫度升高，試樣強度先升后降，延伸率逐漸降低，在175 ℃時試樣強度最大。而試樣的彎曲角度則先降后增，在175 ℃時彎曲角度最小，折彎性能最差。時效溫度為185 ℃時，試樣的抗拉強度和屈服強度較高，塑性也較好，彎曲角度為163.7°，高于峰值時效試樣的彎曲角度。

汽車用鋁型材對塑性要求較高，需保證型材經過拉彎、沖壓等工序后仍有較好性能，且無表面缺陷。汽車吸能部件需兼顧較好的強度和塑性，使鋁型材部件受到撞擊力時具有較好的變形抗力，保護車內人員安全[10]。時效即過飽和固溶體的分解脫溶過程，過飽和固溶體先形成與母體晶體結構相同并保持共格的溶質原子團聚區(GP區)，較高的時效溫度使過渡相β″密度變大，進而基體內畸變區變大，位錯受到的阻礙不斷加大，合金的強度增大[11-12]。當時效溫度繼續升高，即進入過時效階段，過渡相β″轉變為β′相，并最終轉變為平衡相Mg2Si。此時的平衡相與基體完全失去共格，從而造成合金強度顯著降低[13]。

6106合金試樣在185 ℃×8 h時效制度時，已處于過時效狀態，合金試樣的強度開始下降，塑性增強。由表4可知，選擇185 ℃×8 h時效，6106合金試樣的綜合力學性能最好，能滿足汽車產品對強度和塑性的要求。

表4 力學性能和彎曲角度

2.2 電導率分析

不同時效制度下各試樣的電導率，見表5。從表中可以看出，試樣的電導率隨著溫度升高逐漸變大，但由于溫度區間較窄，上升趨勢并不明顯。這是因為隨著時效溫度的升高，溶質原子擴散加快，沉淀相的析出長大加快，基體內晶格的畸變程度降低，電子的運動更加活躍，進而電導率增加[14-15]。

表5 電導率檢測結果

圖2為試樣力學性能與電導率對應圖。當時效溫度為205 ℃時，試樣力學性能最低，而電導率最高。利用此規律，工程人員可根據該類合金電導率的測試結果，間接估計其時效處理后的力學性能。

2.3 高倍組織分析

圖3為6106試樣和6063試樣顯微組織對比圖，從圖中可以看出，與6063合金相比，6106合金試樣的晶粒尺寸較小，折彎后表面更光滑。這是因為6106合金中的Mn、Cr元素提高了合金再結晶溫度，形成的彌散相能有效地抑制晶粒長大。這說明6106合金經185 ℃×8 h時效處理后微觀組織較好，晶粒細小，有利于汽車產品后續拉彎、沖壓等機工序。另外，在合理范圍內適當增加銅含量，會提高合金的停放效應，能有利于合金力學性能的提升。

圖2 不同時效制度下6106合金的力學性能與電導率

(a)6106合金；(b)6063合金

3 結論

1)6106合金經充分淬火后進行人工時效，隨著時效溫度的升高，合金力學性能先升后降，并在175 ℃×8 h達到強度峰值；

2)6106合金經185 ℃×8 h時效處理后，合金抗拉強度為244.5 MPa，屈服強度為225.5 MPa，斷后拉伸率為16.5%，折彎角度為163.7°，合金強度和塑性均較好，能滿足汽車產品對強度和塑性要求；

3)6106合金等時時效工藝下，隨著時效溫度升高，合金電導率逐漸增大；

4)6106合金組織比6063合金更為細小均勻，且無粗大再結晶組織，折彎后表面質量良好，有利于汽車產品后續精深加工。