汽車用6005A鋁合金型材組織及性能提升技術研究

曹東升 劉建生 王睿 李延軍 王爽 孫巍

摘要：通過對6005A合金鑄錠均勻化制度和擠壓工模具結構進行調整，來改善擠壓制品的晶粒組織結構，進而達到提高6005A鋁合金汽車梁擠壓制品的力學性能及穩定性的目的。試驗結果表明，適當調整鑄錠均勻化制度以及減少模具工作帶長度，對減輕擠壓制品再結晶層厚度有明顯作用，即當鑄錠均勻化制度調整到510 ℃、保溫6 h，降低模具工作帶長度至3 mm時，可明顯降低擠壓型材制品再結晶層厚度，使型材組織更加均勻細小。型材T6狀態下屈服強度由274 MPa提升到298 MPa，抗拉強度由291 MPa提升到313 MPa，斷后伸長率則由9%提升到15%，達到穩定輥彎加工成形性的目的。

關鍵詞：6005A合金;擠壓制品;再結晶層;力學性能;輥彎加工

中圖分類號：TG 37??? 文獻標志碼：A

Research on microstructure and performance improvement technology of 6005A aluminum alloy profile for automobile

CAO Dongsheng，LIU Jiansheng，WANG Rui，LI Yanjun，WANG Shuang，SUN Wei

（Liaoning Zhongwang Group Co.，Ltd.，Liaoyang 111003，China）

Abstract： By adjusting the homogenization system of 6005A alloy ingots and the structures of extrusion tool and die，the microstructure of the extruded products is improved，and then the mechanical properties and forming stability of 6005A aluminum alloy automobile beam extruded products are improved. The test results show that the ingot homogenization system and the length of die working band show a significant effect on reducing the thickness of recrystallization layer of extruded products. When the ingot homogenization system is at 510 °C for 6 hours and the length of die working belt is reduced to 3 mm，the thickness of the recrystallization layer in extruded profile products is significantly reduced，and the microstructure of the profile is more uniform and fine. Under T6 state，the yield strength is increased from 274 MPa to 298 MPa，the tensile strength is increased from 291 MPa to 313 MPa，the elongation after fracture is increased from 9% to 15%，and the purpose of stabilizing the formability of roll bending is achieved.

Keywords： 6005A alloy;extruded product;recrystallized layer;mechanical properties;roll bending

隨著汽車輕量化發展和節能減排的政策倡導，汽車零部件正在從鋼逐步向鋁合金方向拓展。現階段，鋁合金制品在全世界范圍內汽車產品中得到越來越廣泛的應用[1-3]。6005A鋁合金作為一種典型的可熱處理強化Al-Mg-Si合金，具有密度低且強度可觀、易于加工、焊接適應性良好、耐腐蝕性好的特點[4-6]，廣泛應用于汽車吸能盒、擠壓梁等產品中。汽車擠壓梁產品，作為汽車結構零部件，具有質量輕、強度高、美觀、耐腐蝕、易加工成型等優良特性[7-8]。但由于最終產品對性能要求較高（屈服、抗拉強度高出國標要求40 MPa，斷后伸長率A50超出國標要求4%），且需要后續輥彎加工，所以追求高性能的同時，還要保證加工組織穩定性。本文將對6005A合金按熔鑄—鑄錠均勻化—擠壓成型—充分在線淬固溶淬火—輥彎加工—人工時效處理的工藝流程生產，通過對6005A鑄錠均勻化及擠壓工模具結構的調整，來對比分析擠壓制品微觀晶粒組織對于產品力學性能及加工穩定性的影響。

1??? 試驗材料與方法

試驗采用6005A合金成分范圍內各物質來鑄造鑄錠。具體合金成分見表1。鑄造完成后的鑄錠分別采用560℃保溫6 h和510 ℃保溫6 h、然后采用水霧冷卻的工藝進行均勻化處理，均勻化后的鑄錠進行定尺鋸切，期間留取20 mm厚棒片用于鑄錠檢測，將切割完定尺的鑄錠轉序至擠壓車間;設計不同工作帶長度的兩套模具用于生產壁厚為2.25 mm，輪廓尺寸為62 mm×13 mm的防卷入梁扁管型材。其中模具a工作帶長度為4.8 mm，模具b工作帶長度為3.0 mm，將兩種不同均勻化處理后的鑄錠分別采用模具a和模具b擠壓，生產工藝見表2。生產完成的制品切去頭尾廢料后制成輥彎加工定尺并用于輥彎試驗;另外在型材上同一擠壓長度位置分別截取200 mm×25 mm試片若干，用于力學性能檢測;截取力學試片所對應位置的高倍試片若干，用于金相檢測。

2??? 試驗結果及分析

2.1??? 鑄錠高倍組織對比

采用光學顯微鏡對兩鑄錠的邊部及芯部進行觀察。圖1為均勻化處理后鑄錠高倍組織形貌圖。從圖1（a）.（b）可以看出，高溫均勻化條件下，大部分織晶網已溶解斷裂，均勻化效果較為充分，同時晶內析出第二相質點，并已發生聚集長大;從圖1（c）、（d）可以看出，低溫均勻化條件下，織晶網結構已部分溶解，且晶內析出少量的第二相質點，具有一定的均勻化效果[9-10]。

2.2??? 鑄錠晶粒度對比

采用光學顯微鏡對兩鑄錠放大到100倍進行顯微組織觀察。圖2為均勻化處理后鑄錠高倍晶粒度圖。從圖2（a）、（b）可以看出，高溫均勻化條件下，邊部晶粒度等級為4.5級，芯部晶粒度等級為3.5級;從圖2（c）、（d）可以看出，低溫均勻化條件下，邊部及芯部的晶粒度等級均為5級，晶粒尺寸相比高溫均勻化要更加細小。

結合圖1和2可以發現，560 ℃雖然可以實現充分均勻化的目的，但是對鑄錠第二相形態和晶粒組織造成了一定的影響。1）鑄錠中抑制再結晶的第二相質點從基體中析出并發生聚集長大，不利于后續熱加工過程抑制動態再結晶的作用;2）原始鑄錠晶粒大小對后續生產加工存在遺傳作用，原始晶粒越粗大，那么熱加工后型材會延續晶粒組織粗大的現象[11-12]。而510 ℃將鑄錠織晶網結構部分溶解，使織晶結構發生斷裂，但此溫度不足以打破鑄造晶粒的穩定結構，且晶內未發生明顯的第二相析出聚集現象。因此，510 ℃工藝制度在達到了一定的均勻化目的的同時，晶粒形態未發生變化。

2.3??? 型材高倍組織對比

采用光學顯微鏡對型材試樣進行顯微組織觀察，結果如圖3所示。6005A鋁合金擠壓型材制品由于受到高溫、高壓、擠壓筒內壁、模具約束等摩擦作用，制品兩側表面發生了再結晶現象，再結晶后的晶粒組織粗大，且不均勻[13-14]。通過試驗發現，此種再結晶雖然無法完全消除，但通過適當調整生產工藝可減輕。由圖3可以看出，在鑄錠均勻化溫度不變的條件下，使用減短了工作帶的模具b所生產的型材再結晶層總厚度由1 562μm降低至920μm;同樣使用模具b，降低均勻化溫度后，型材再結晶層總厚度由920μm降低至239μm。

2.4??? 擠壓型材力學性能分析

采用電子萬能試驗機對試樣進行拉伸試驗，詳細數據如圖4。結合圖3和圖4中數據可知，再結晶層厚度對型材自然時效和人工時效（峰值）力學性能有明顯影響。再結晶層越薄，型材自然時效和人工時效（峰值）力學性能越高。鑄錠均勻化溫度的降低和模具工作帶的減短，對改善擠壓制品再結晶層厚度均有一定作用，其中鑄錠均勻化溫度的改變，對型材力學性能及穩定性的提升更為顯著。

2.5??? 擠壓型材輻彎加工尺寸精度檢測

利用輥彎加工設備對停放1周左右的若干T4自然時效型材進行輥彎加工，操作流程：（1）調整程序后，用同一程序進行輥彎，輥彎過程始終保持程序參數不變。（2）輥彎后，將工件放在檢具上，對應檢具上檢測點，用數顯游標卡尺進行檢測，記錄數據。測量簡圖如圖5所示，測量數據見表3。

輥彎加工產品，因撤銷加工應力后存在回彈現象，不同的回彈量會導致加工制品尺寸出現偏差，制品性能越好，回彈效果越明顯，測量點間隙越小，如果所有型材輥彎后測量間隙在一個穩定范圍內，通過調整輥彎程序也可解決間隙問題。由表3可 知，1#制品再結晶層較厚，對應制品輥彎加工波動范 圍最大，序號4生產制品再結晶厚度最低，輥彎加工測量值波動最小。因此說明粗大不均的再結晶組織對產品力學性能、及加工性能均會造成不良影響。

3??? 結論

（1）通過將鑄錠的均勻化制度調整為510 ℃×6 h、模具工作帶長度降低至3 mm，可明顯降低擠壓型材的再結晶層厚度，使型材組織更加均勻細小。型材T6狀態下屈服強度由274 MPa提升到298 MPa，抗拉強度由291 MPa提升到313 MPa，斷后伸長率則由9%提升到15%。

（2）6005A鋁合金汽車防卷入梁產品輥彎加工穩定性受擠壓型材再結晶層厚度影響，再結晶層越厚，晶粒尺寸越不均勻，輥彎加工間隙偏差值越不穩定;反之，再結晶層越薄，基體晶粒組織越細小均勻，輻彎加工間隙偏差值穩定。

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