6061鋁合金元素含量對(duì)產(chǎn)品影響的分析

□ 劉 迪 □ 劉興武 □ 董 穎 □ 劉偉南 □ 榮 偉 □ 溫 楊

遼寧忠旺集團(tuán)有限公司 遼寧遼陽(yáng) 111003

1 分析背景

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展,車身用鋼材料被鋁型材所代替,鋁合金在汽車零部件中的使用比例大幅提升。6系鋁合金強(qiáng)度中等,具有良好的耐蝕性、焊接性、成形性等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于軌道交通、汽車、建筑等領(lǐng)域,6061、6063、6082鋁合金的應(yīng)用最多,車身框架材料大部分選用6061鋁合金。6061鋁合金經(jīng)過(guò)熱處理工藝生產(chǎn)后,由鎂與硅熔合,形成硅化鎂,具有加工性能極佳、材質(zhì)致密、表面易于拋光、焊接性能優(yōu)良、抗腐蝕性能強(qiáng)等特征。在生產(chǎn)中,控制6061鋁合金元素含量,對(duì)產(chǎn)品有重要作用,筆者就此分析6061鋁合金元素含量對(duì)產(chǎn)品的影響。

2 試驗(yàn)材料

選用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的兩種6061鋁合金元素含量方案,作為試驗(yàn)材料,試樣a、c對(duì)應(yīng)方案1,試樣b、d對(duì)應(yīng)方案2。元素含量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì),見(jiàn)表1。最終經(jīng)過(guò)熔煉、鑄造、均質(zhì)等一系列工序,完成擠壓鑄錠,并且按照數(shù)量要求轉(zhuǎn)序鋁擠壓廠進(jìn)行生產(chǎn)。

表1 元素含量

3 擠壓工藝參數(shù)

試驗(yàn)時(shí),擠壓工藝參數(shù)見(jiàn)表2,采用水冷。通過(guò)相同擠壓工藝參數(shù),分析6061鋁合金不同元素含量對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

表2 擠壓工藝參數(shù)

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 表面質(zhì)量

不同元素含量的6061鋁合金通過(guò)擠壓方式擠出得到試樣a、b、c、d,試樣表面質(zhì)量如圖1所示。由圖1可以看出,試樣a、c的表面質(zhì)量?jī)?yōu)于試樣b、d,即方案1優(yōu)于方案2。對(duì)此進(jìn)行分析,試樣b、d中的鐵元素會(huì)生成金屬化合物,從而形成硬點(diǎn);鐵元素含量高,還會(huì)有降低鋁合金流動(dòng)性的作用,易生成致密堅(jiān)實(shí)的氧化膜;隨著鐵元素含量的增大,表面越來(lái)越容易產(chǎn)生不同程度的對(duì)比色差,使表面美觀度下降。

圖1 試樣表面質(zhì)量

4.2 宏觀組織

宏觀組織以低倍檢測(cè)為主,通過(guò)目視方法來(lái)確定不同元素含量6061鋁合金對(duì)應(yīng)的試樣是否存在縮尾、成層等缺陷。分別截取試樣a、b、c、d,進(jìn)行橫截面低倍檢測(cè),宏觀組織如圖2所示。由圖2可見(jiàn),試樣基體不存在縮尾、成層等缺陷,試樣熔合口位置無(wú)黑道或裂紋線條存在,說(shuō)明6061鋁合金元素含量不同對(duì)宏觀組織沒(méi)有明顯的影響。

圖2 試樣宏觀組織

4.3 微觀組織

微觀組織主要檢測(cè)擠壓后的晶粒度。對(duì)不同元素含量6061鋁合金對(duì)應(yīng)的試樣a、b,使用倒置式材料顯微鏡觀察微觀組織,如圖3所示。試樣a的晶粒截面積為0.094 05 mm2,1 mm2內(nèi)晶粒度等于10.632 6。試樣b的晶粒截面積為0.150 96 mm2,1 mm2內(nèi)晶粒度等于6.624 3。高倍顯微鏡下試樣微觀組織如圖4所示,可以斷定試樣a的微觀組織優(yōu)于試樣b,即方案1優(yōu)于方案2。

圖3 試樣微觀組織

圖4 高倍顯微鏡下試樣微觀組織

4.4 力學(xué)性能

不同元素含量6061鋁合金對(duì)應(yīng)試樣的力學(xué)性能曲線如圖5、圖6所示,力學(xué)性能見(jiàn)表3。由圖5、圖6、表3可見(jiàn),試樣b、d的力學(xué)性能表現(xiàn)要優(yōu)于試樣a、c,即方案2優(yōu)于方案1。

圖5 試樣a、b力學(xué)性能曲線

圖6 試樣c、d力學(xué)性能曲線

表3 試樣力學(xué)性能

試樣b、d的硅元素、鉻元素含量高于試樣a、c,鐵元素含量低于試樣a、c,以下分別分析這三種元素的影響。硅元素可以提高抗拉強(qiáng)度,提高硬度,改善切削性能,高溫加熱時(shí)還可以提高強(qiáng)度,當(dāng)然,硅元素含量增大還會(huì)造成斷后伸長(zhǎng)率減小。鐵元素含量增大,與其它元素熔合在一起,會(huì)起到降低鋁合金流動(dòng)性的作用。在試樣a、c中,錳元素含量略高于試樣b、d,能夠阻止鋁合金的再結(jié)晶過(guò)程,提高再結(jié)晶溫度,并能夠起到細(xì)化再結(jié)晶晶粒的作用。鉻元素熔合過(guò)程中,容易形成CrFeAl7、CrMnAl12等金屬間化合物,能夠起到阻礙再結(jié)晶形核及長(zhǎng)大的作用,對(duì)鋁合金有一定的促進(jìn)強(qiáng)化作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)分析可知,雖然元素含量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求,但是6061鋁合金不同元素含量會(huì)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生影響。在日常生產(chǎn)工作中,應(yīng)當(dāng)考慮需求方要求,合理控制6061鋁合金元素含量,避免不合理的調(diào)整元素含量高低,給產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)不穩(wěn)定的影響。