长时效对6005A铝合金性能的影响

曲凤娇，吴海旭，韩 超，静 宇，杨 丽，田晓龙

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003)

近年来，我国城市轨道交通工程建设进入快速发展期，轨道交通车辆需求也越来越大[1-2]，高速、安全、节能、舒适、环保已成为现代化轨道交通面临的重要课题，轻量化成为重要途径[3]。使用铝制车身是实现地铁列车、轻轨列车、高速列车等轨道交通车辆高速化、轻量化、现代化的主要途径[4]。6005A铝合金具有优良的挤压性、焊接性、耐蚀性及中等强度，已被广泛应用于轨道交通车辆的制造中[5-7]。

本文利用多功能硬度计、电子万能拉力试验机等试验手段，研究6005A-T6铝合金在不同长时效制度下的合金硬度、弯曲和力学性能变化趋势，为提高6005A铝合金的综合性能提供实验和应用参考。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

试验材料为6005A铝合金，热处理状态为T6，试样厚度分别为3.5 mm和20 mm。试样室温下的理化性能见表1(其中，布氏硬度为测量3点的平均值，拉伸性能为测量3根试样的平均值)，合金成分如表2所示。

1.2 试验方法

将厚度为3.5 mm和20 mm的试样进行时效处理，时效制度见表3。待冷却至室温后，利用OMNITEST型多功能硬度计进行布氏硬度测试(1个硬度试样测量三点，其中3.5 mm厚试样的硬度试验参数为HBW1/10，20 mm厚试样的硬度试验参数为HBW2.5/62.5)；选择AG-X250KN电子万能试验机进行弯曲性能测试(每个厚度选1根试样)；利用AG-X 100KNH电子万能试验机及0.5级全自动引伸计进行拉伸性能测试(每个厚度选3根试样)。

表1 试样理化性能

表2 试样化学成分(质量分数，%)

表3 时效制度

2 结果与讨论

试样在不同长时效制度下的硬度、弯曲及拉伸性能试验结果，如表4所示，硬度和拉伸试验结果为每组试验数据的平均值。图1为不同厚度6005A-T6铝合金硬度与长时效制度的关系，图2为部分弯曲试验结果，图3、图4分别为3.5和20 mm厚度试样的拉伸性能与长时效制度的关系。

表4 试验结果

2.1 硬度试验

由表4和图1可以看出，厚度为3.5 mm的试样，随着时效温度和保温时间的增加至200 ℃×4 h时，其硬度略有降低，但变化并不明显。然而，当长时效制度由200 ℃×4 h变为300 ℃×1 h时，试样硬度陡降超过30%，但随着时效温度和保温时间的升高和延长，试样硬度呈线性下降趋势。20 mm厚试样硬度变化趋势与3.5 mm厚试样基本相同。

2.2 弯曲试验

从表4和图2可知，3.5 mm和20 mm厚度试样在不同长时效制度下的弯曲试验结果全部合格，这说明长时效制度对不同厚度的6005A-T6铝合金弯曲性能影响并不明显。

图1 不同厚度6005A-T6铝合金硬度与长时效制度的关系

(a)3.5 mm厚，100 ℃×2 h；(b)3.5 mm厚，200 ℃×2 h；(c)3.5 mm厚，300 ℃×2 h；(d)3.5 mm厚，400 ℃×2 h；(e)20 mm厚，100 ℃×2 h；(f)20 mm厚，200 ℃×2 h；(g)20 mm厚，300 ℃×2 h；(h)20 mm厚，400 ℃×2 h

2.3 拉伸试验

由表4和图3可知，3.5 mm厚6005A-T6铝合金试样，长时效制度从100 ℃×2 h开始，随着时效温度和保温时间增加至200 ℃×4 h时，试样的屈服强度和抗拉强度略有降低，下降幅度并不明显，断后伸长率在此区间变化也不明显。当长时效制度由200 ℃×4 h变为300 ℃×1 h时，屈服强度急降约50%，抗拉强度急降约40%，但断后伸长率则升高约25%。随着时效温度和保温时间继续升高和延长，试样的屈服和抗拉强度呈线性下降趋势，断后伸长率呈上升趋势。20 mm厚6005A-T6铝合金试样拉伸性能与长时效制度具有相同的关系变化趋势。

图3 3.5 mm厚度试样力学性能与时效制度的关系

图4 20 mm厚度试样力学性能与时效制度的关系

3 结论

1)6005A-T6铝合金在100 ℃×2 h、200 ℃×4 h时效制度范围内，硬度变化并不明显；当长时效制度由200 ℃×4 h变为300 ℃×1 h时，合金硬度下降超过30%，随着时效温度和保温时间进一步升高和延长，合金硬度呈线性下降趋势；

2)长时效制度对6005A-T6铝合金弯曲性能并无明显影响；

3)6005A-T6铝合金在100 ℃×2 h、200 ℃×4 h时效制度范围内，拉伸性能变化并不明显；当长时效制度由200 ℃×4 h变为300 ℃×1 h时，合金的屈服和抗拉强度急降约40%～50%，断后伸长率则升高约25%，随着时效温度和保温时间进一步升高和延长，合金的屈服和抗拉强度呈线性下降趋势，断后伸长率则呈上升趋势。