汽车防撞盒用6008铝合金物理性能的研究

陆宏韬，李恩波，谢海光，王 宇，邹玉涵

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003)

近年来随着汽车工业的快速发展，汽车轻量化得到越来越多的重视，轻量化必须从汽车车身的每个部分进行减重处理，整车重量每减少10%，耗油量可降低6%～8%，因此轻量化也成为节约能源的有效途径之一[1-2]。铝合金因具有较小密度、较高的比强度、良好的耐蚀性和机械加工特性，被广泛应用在汽车领域内。除了对铝合金的性能要求严格外，对其韧性和吸收能量能力要求也在提高。目前，有大量文献[3-5]对6063、6061和6082等铝合金的性能行进较为深入的研究，但现有文献对6008铝合金时效制度的研究比较少。

6008铝合金具有中等强度，良好的冲击韧性和吸能效果，被广泛应用于制作汽车保险杠横梁和吸能盒等部件。本文采用不同的时效制度对汽车防撞盒用6008铝合金型材进行热处理，通过对拉伸、硬度、折弯和压溃性能的检测，研究6008铝合金型材物理性能的变化规律，以期制定最优时效工艺参数来获得一定强度、优良韧性和吸能效果好的防撞铝合金型材，为未来新能源汽车工业技术奠定基础。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验材料选用半连续铸造法生产的6008铝合金铸锭，直径为460mm，其化学成分为表1，铸锭在540℃～550℃下进行均匀化处理，采用2000T卧式挤压机进行挤压生产，挤压系数38.8，模具加热温度490℃～510℃，铸锭加热温度510℃～530℃，挤压速度1.5m/min～2.5m/min，采用强风+水雾淬火冷却方式。挤压完成后在型材的头尾切取料样，在箱式电阻炉内分别达到欠时效(T5)、峰值时效(T6)和过时效(T7)三种时效状态，时效制度见表2。

表2 试样编号及时效制度

1.2 试验方法

时效后的料样分别加工成拉伸试样、硬度试样、折弯试样和压溃试样。采用100 KN电子万能试验机，按GB/T 228.1-2010中的试验方法进行力学性能检测，屈服前应力控制速度为18MPa/s，屈服后横梁位移速度控制30mm/min；采用OMNITEST型多功能硬度计和1mm直径压头，设定试验力为10kgf，进行布氏硬度检测；采用50KN电子万能试验机和0.4mm冲头，以2mm/min的试验速度进行折弯试验；采用电液伺服压力试验机，以200mm/min的试验速度进行压溃试验。

2 试验结果及分析

2.1 力学和硬度性能分析

固溶处理使合金中粗大的第二相分解，以最大程度溶入基体α中，淬火后将得到过饱和固溶体，时效时，在加热条件下将发生脱溶分解，形成细小而弥散的第二相，从而使合金的强度提高。6008合金脱溶分解的过程为，过饱和固溶体α→GP区(Si、Mg)→过渡相β→平衡相β。时效初期，溶质原子将在基体α的某个晶面无序的聚集析出，形成GP区，GP区与基体α保持共格关系，使合金的强度、硬度提高。随时间延长，GP区逐渐转化为过渡相β，仍然与基体α保持共格关系，过渡相密度不断提高，使基体α内产生大量畸变区，对位错运动的阻力不断增加[6]，合金达到最大强化阶段。表3可以看出，峰值时效状态下T-2、W-2的强度、硬度值达到最大，而塑性降低。欠时效状态下，由于原子扩散速度较慢，析出过渡相β不充分，对位错运动的阻力较小，故T-1、W-1的强度降低，屈服强度处于客户要求范围下限的边界，使合金不合格率增加。过时效状态下，原子扩散速度快，形成过渡相后继续聚集长大，与基体α共格关系将受到破坏，脱溶出稳定相β，减弱了其对位错运动的阻力，过时效时间为4h，虽然T-3、W-3的强度、硬度值降低，但仍然在客户的要求范围内，且塑性有所提高。

表3 不同时效制度下的力学和硬度性能

2.2 折弯性能分析

6008合金与其他6xxx系合金相比，加入了少量的V，提高了合金的强度、韧性和冲击性能[7]。峰值时效状态下，基体α中均匀的分布着大量的第二相，即过渡相β，由于第二相较硬，位错会弯曲变形，使冲击载荷力值升高；绕过机制通过第二相的阻碍，并在第二相粒子周围留下位错环，留下的位错环对后续的位错运动也会形成阻力，导致位错大量聚集塞积，应力高度集中，容易在位错群前端产生小的微裂纹[8]。微裂纹逐渐扩展，导致合金表面破裂，使冲击载荷降低，载荷降低后测量出弯曲角度，结果见表4。折弯后试样形貌见图1。由此可见，T-2和W-2的计算弯曲角度稍低，其峰值时效状态下合金韧性稍低，欠时效和过时效状态下对位错阻碍作用小，同样的冲击变形下产生的位错塞积程度低，故其合金韧性较好。

表4 不同时效制度下的折弯性能

(a) T-1折弯形貌；(b)W-1折弯形貌；(c)T-2折弯形貌；(d) W-2折弯形貌；(e)T-3折弯形貌；(f)W-3折弯形貌图1 折弯后不同时效制度下试样形貌Fig.1 Morphology of specimen under different aging system after bending

2.3 压溃性能分析

该型材压溃变形是以叠缩方式进行的，不同时效制度下压缩波动次数基本相同，其性能结果见表5，压溃后试样形貌见图2。压缩变形过程为，开始压缩时合金发生弹性变形，达到屈服后发生塑性变形，有部分型材发生失稳变形，压溃载荷进而增加达到最大载荷，而后载荷下降，此时形成第一个褶皱，继续下压，导致未变形区开始变形，形成下一个褶皱[9]，循环往复。峰值时效状态下，基体α中第二相粒子数量最多，强度提高，对位错阻碍作用大，故T-2、W-2的最大载荷值较大，但由图2(c)(d)可看出，在褶皱处均产生了6mm～8mm的细小裂纹，压溃吸能效果欠佳。而欠时效和过时效均有较好的吸能效果，过时效状态下，试样叠缩效果好，形成多个完整褶皱，能量均匀传递。

表5 不同时效制度下的压溃性能

3 结论

(1)6008铝合金峰值时效(T6)状态下，合金强度、硬度较高，但其塑性、韧性和碰撞吸能效果较低，反而强度较低的欠时效(T5)和过时效(T7)状态下，合金折弯性能和压溃性能要稍好。

(a) T-1压溃形貌；(b)W-1压溃形貌；(c)T-2压溃形貌；(d) W-2压溃形貌；(e)T-3压溃形貌；(f)W-3压溃形貌图2 压溃后不同时效制度下试样形貌Fig.2 Morphology of samples under different aging regimes after crushing

(2)过时效(T7)状态下，合金屈服强度为273MPa，抗拉强度为284MPa，断后伸长率为12.5%，符合客户的性能要求，其折弯和压溃性能均比峰值时效状态下的好，压缩后为典型的叠缩形貌。

(3)为了获得良好的综合性能，符合技术标准的要求，建议汽车防撞盒用6008铝合金的时效制度为过时效状态，即加热温度为200℃，保温4h。