再时效对6061-T6铝合金力学性能的影响

郭腾达

(邢台中车环保科技有限公司,河北 邢台 054000)

汽车轻量化是降低能源消耗、减少污染物排放最有效的措施之一,而铝的密度大约是钢的 1/3,是应用最为广泛的轻质材料[1]。与此同时,铝合金橡胶复合制品(如汽车上的橡胶弹簧、底盘橡胶以及各种减震件等)在汽车工业中的应用也与日俱增。铝合金橡胶复合制品种类繁多,每年产生大量更新替换产品或制造过程中产生的残次品,而该金属骨架具有很高的回收再利用价值,并且回收利用能够减少资源的浪费,因此有必要针对铝合金橡胶制品无损剥离工艺开展研究。利用电热恒温鼓风干燥箱将铝合金橡胶复合工件加热到预定温度并保温一定时间,使铝合金与橡胶分离。实际上加热剥离橡胶的过程相当于对铝合金进行再时效,合金中的强化相发生长大、粗化,对力学性能造成影响[2]。由于该处理工艺对铝合金性能的影响程度关系到铝合金骨架能否再利用,因此研究再时效温度、时间等工艺参数对铝合金力学性能的影响具有重要的工程实践意义。本试验选取6061-T6铝合金为研究对象,研究不同的再时效温度、时间对其力学性能的影响,从而探索出对铝合金性能影响最小的“安全温度”。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验材料为6061-T6铝合金,厚度为3.0 mm,其化学成分如表1所示。6061铝合金是可热处理强化的变形铝合金,属于Al-Mg-Si系,以Mg2Si相为强化相,其强度中等,具有良好的塑性及机械加工性能。

表1 6061铝合金的化学成分(质量%)

利用线切割制取如图1所示拉伸试样,并进行力学性能试验,试验前利用细砂纸将试样割缝处打磨平滑。

图1 拉伸试样尺寸

1.2 试验方法

根据橡胶剥离的实测温度,将温度分为下限和上限,即240 ℃和280 ℃。针对上述2个较高的再时效温度,在恒温烤箱中短时保温,对比合金力学性能的变化情况;同时,针对200 ℃以下较低的再时效温度进行较长时间保温,对比合金力学性能的变化情况。试验分组及再时效工艺参数如表2所示。

表2 再时效工艺参数

2 试验结果及分析

对6061-T6铝合金母材进行拉伸性能测试,屈服强度为303 N/mm2,抗拉强度为326 N/mm2,伸长率为14%。经不同再时效工艺时效后的力学性能如图2所示。

图2 不同再时效工艺下的铝合金力学性能示意图

由图2中的力学性能可以看出,与母材相比,7#试样(再时效工艺240 ℃ 0.25 h)的屈服强度、抗拉强度和伸长率下降幅度分别为20.13%、10.43%和32.14%;8#试样(再时效工艺280 ℃ 0.25 h)的屈服强度、抗拉强度和伸长率下降幅度分别为33.66%、23.93%和39.29%。说明合金性能对温度非常敏感,在较高的再时效温度下,短时间内就会导致力学性能大幅下降。1#～6#试样在较低的温度(150～200 ℃)时效8 h,合金的屈服强度和抗拉强度随着温度的升高先缓慢下降后快速下降,而伸长率则先快速下降后逐渐趋于平缓。与母材相比,1#试样(150 ℃ 8 h)的力学性能基本未发生变化。综上所述,再时效工艺对铝合金性能影响明显。伸长率对温度最为敏感,在较低的再时效温度下,伸长率最先开始快速下降,随后温度升高,下降幅度逐渐减小,趋于平缓。而伸长率的大小直接体现塑性的好坏,因此,再时效温度对铝合金塑性影响较大。

3 结 语

(1) 6061-T6铝合金在280 ℃的再时效温度下0.25 h时间处理后,屈服强度、抗拉强度和伸长率下降幅度分别为33.66%、23.93%和39.29%,力学性能急剧下降。

(2)在较低的200 ℃再时效温度下经过8 h时间处理后,屈服强度、抗拉强度和伸长率降幅分别为10.56%、7.98%和30.71%,力学性能也较大幅度下降。

(3)经过150 ℃处理8 h后,和母材相比,合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率等力学性能均未发生明显的变化,因此该温度为铝合金橡胶复合制品再时效处理的“安全温度”。

(4)研究高温工艺对铝合金性能所造成影响的恢复方法，或结合“安全温度”开创综合剥离工艺是后续研究的重点。