全截面粗晶对汽车用6060铝型材性能的影响

李洪林，王 宇，秦 利，张富亮，王国冰

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁辽阳111003)

0 前言

汽车工业是我国优先发展的支柱产业，近些年来，汽车逐渐向轻量化方向发展，这使得铝合金在汽车行业的应用递增。随着汽车行业技术的不断进步，对铝合金材料性能的要求逐渐严格，从而给铝合金材料生产企业带来严峻挑战[1]。Al-Mg-Si系铝合金具有高比强度、低密度和较好导电性能等一系列优点[2-3]，其中6060铝合金具有抗冲击性、强度适中、焊接性好等特点，因此被广泛用于制作汽车车门等部件[4]。

本试验选用汽车保险杠调整板6060铝合金型材为研究对象，研究了其力学性能、折弯性能、宏观金相组织及断口形貌，为汽车用6060铝合金型材工艺研究和铝合金加工技术奠定基础。

1 试验材料与方法

本文选用铸锭规格为φ310mm×910 mm的6060铝合金铸锭，其成分见表1。试验选用型材米重7.925 kg/m。型材熔合口断面如图1所示。通过3600t挤压机对6060铝合金型材进行挤压生产，挤压工艺如表2所示。生产工艺流程为铸锭加热→挤压→淬火→拉伸矫直→成品锯切→人工时效→验收→交货。

表1 6060合金化学成分（质量分数%）

图1 型材熔合口断面图

表2 挤压工艺参数

2 试验结果及分析

2.1 力学拉伸分析

选取两组尺寸为200 mm的6060铝合金T6状态力学性能试样，第一组为无粗晶环试样，编号分别为A1、A2、A3、A4、A5、A6。第二组为无粗晶环试样，编号分别为B1、B2、B3、B4、B5、B6。使用日本岛津AG-X100KN型电子万能试验机对其进行力学性能检测，试验结果见表3、表4。可以看出，两组试样的力学性能数值在本工艺参数生产下均满足客户标准要求。全截面粗晶试样的屈服强度略低于无粗晶试样的20%，抗拉强度略低于30%，断后伸长率约低于1%～3%。由此可见全截面粗晶的存在一定程度上降低了力学性能。

表3 无粗晶试样力学性能试验对比数据

表4 全截面粗晶试样力学性能试验对比数据

2.2 折弯性能分析

选取两组6060铝合金T6状态力学性能试样，尺寸为60 mm×15 mm，一组为无粗晶环的试样，其编号为1#、2#、3#。另一组为有粗晶环的试样，其编号为4#、5#、6#。试样边缘应光滑无毛刺。

试验结果如图2、表5和表6所示。可以看出，无粗晶环试样试验后出现橘皮现象，全截面粗晶试样出现微小裂纹。全截面粗晶试样的计算弯曲角度大于无粗晶试样的计算弯曲角度，说明全截面粗晶原子晶格排列疏松。全截面粗晶试样的最大弯曲力值小于无粗晶试样的最大弯曲力值。由上述分析可知，全截面粗晶试样的折弯性能较无粗晶试样低。

图2 折弯试验后试样宏观形貌

表5 无粗晶力学折弯试验对比数据

表6 全截面粗晶力学折弯试验对比数据

2.3 宏观金相腐蚀检验

在进行熔合口压断试验前，必须做宏观金相腐蚀检验。其目的是碱洗除掉金属表面氧化膜，使焊缝清晰地显现在试样的熔合口位置。该宏观组织晶粒稍显粗大，比较均匀地分布在制品的横向试样上，导致焊缝不是很清晰。由于6060铝合金晶粒细化元素较少，建议在生产φ310 mm铸锭时，为了保证铸锭晶粒组织细化，为后续加工提供良好的坯料，适当增加晶粒细化元素Ti的含量[5-6]，但切勿超过标准值。

2.4 熔合口分析

采用铝型材压力试验机对腐蚀后的6060铝合金型材试样进行压断试验。根据焊缝实际位置结合熔合口图纸用黑色记号笔标出焊缝位置，断口呈纤维状，焊缝断口形貌如图3所示。从图3中可以看出图1中6a处焊缝位置断口的晶粒粗大，形成较均匀的晶粒组织分布在断口两侧。而非焊缝处晶粒组织比较细小且均匀，呈纤维状。

图3 焊缝断口表面宏观形态

3 结论

汽车保险杠主要包括横梁、调整板、防撞吸能盒、加强块和脱钩牵引套。汽车保险杠调整板是车身上典型的薄壁安全件，影响汽车碰撞安全性的关键部件。采用3600t挤压机对6060-T6试样进行挤压，并对生产出的型材进行检验分析，得出以下结论。

（1）全截面粗晶试样的屈服强度略低于无粗晶试样的20%，抗拉强度略低于30%，断后伸长率约低于1%～3%。

（2）全截面粗晶试样的计算弯曲角度大于无粗晶试样的计算弯曲角度，说明全截面粗晶原子晶格排列疏松。全截面粗晶试样的最大弯曲力值小于无粗晶试样的最大弯曲力值。

（3）进行宏观金相腐蚀检验的目的是通过碱蚀进一步除掉制品表面的氧化膜，使基体金属暴露出来，使焊缝清晰地显现在熔合口位置，然后根据焊缝实际位置和图纸要求进行熔合口检验。

（4）试样断口形貌呈纤维状，断裂方式为韧性断裂，比较缓慢地断裂开来。表现出碰撞性能好，为吸收能量盒提供了缓冲吸收能量时间。