6082铝合金成分对汽车横梁挤压型材性能的影响

2019-06-13孙玉玲谢方亮张旭东武维煜

有色金属加工 2019年3期

孙玉玲，谢方亮，张旭东，王爽，杨蕊，武维煜

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁辽阳 111003)

随着我国经济的高速发展，汽车拥有量日渐增长，环境污染愈发严重，因此在保证汽车强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车质量，减少燃料消耗，降低排气污染有着重要意义。有研究表明在结构相似的前提下，铝合金防撞梁在实现减重38.4%的前提下，强度性能却可有进一步的提升[1]。

6082铝合金属于Al-Mg-Si系热处理可强化铝合金，广泛应用于交通运输和结构工程工业。现阶段，使用有限元软件模拟安全构件碰撞较多，但其与实际试验结果存在较大差异。本文以指导实际生产为前提，通过在GB/T 6892-2015标准要求内调整6082铝合金成分含量区间，并经宏观力学性能、三点弯曲等检测，以得到综合性能最佳的汽车横梁挤压型材。

1 试验材料与方法

试验用汽车横梁型材横截面图如图1所示，分别使用表1中各成分进行生产，其各成分均在GB/T 6892-2015标准中6082合金成分含量区间内。使用20 MN挤压机进行挤压生产，铸锭温度为510℃±20℃，挤压速度控制在3m/min～5 m/min，采用水冷方式淬火，后在热风循环炉中以170℃×8 h进行人工时效。

图1 样品截面图Fig. 1 Section of the sample

表1 化学成分(重量含量，%)

室温拉伸试验根据国标GB/T 228-2002在电子万能拉伸机上进行；金相样品经粗磨、细磨、抛光和阳极覆膜，在万能研究级倒置式材料显微镜上观察晶粒组织；取1000mm三点弯曲试样，使用Φ320mm压头，500mm支撑跨距，以50mm/min速率下压150mm，在YBT1206微机控制电液伺服压力试验机上进行。

2 试验结果与分析

2.1 不同合金成分对力学性能的影响

使用表1中3种成分挤压生产的试样经拉伸试验测得的力学性能如图2所示。由图2可以看出，使用成分1#和成分3#生产的产品力学性能相差较小，屈服强度均高于340MPa，抗拉强度高于360MPa；而成分2#屈服强度为329MPa，抗拉强度为338MPa，同时断后伸长率仅为10%，而成分1#断后延伸率可达14.5%，成分3#达12.5%。

2.2 不同合金成分对三点弯曲性能的影响

不同合金成分的产品，三点弯曲试验后弯曲处外观情况如图3所示。由图3可以看出，经三点弯曲试验后，使用成分2#生产的产品发生严重断裂；使用成分1#生产的产品虽未完全断裂，但表面已呈现开裂趋势；而使用成分3#生产的产品，表面状态极佳。

2.3 不同合金成分对晶粒组织的影响

使用3种成分生产的产品微观晶粒组织如图4所示。由图4可以看出，使用成分2#挤压生产的产品，表面及心部晶粒均较为粗大，且视场内单个晶粒最大可达3000μm×2000μm；而使用成分1#、3#的产品，心部为纤维状组织，且皮质层较薄。

图2 不同合金成分对力学性能的影响Fig. 2 Influence of different alloy components on mechanical properties

(a)成分1#；(b)成分2#；(c)成分3#图3 三点弯曲外观图Fig. 3 Appearance after three-point bending testing

(a)成分1#产品；(b)成分2#产品；(c)成分3#产品图4 微观晶粒图Fig.4 Microstructure size

2.4 结果分析

研究表明，6082合金中过剩Si可以在人工时效时起到补充强化的作用，同时可细化β′-Mg2Si，有利于沉淀强化，增加抗拉强度，故在合金配比时，Si选择在其国标成分中上线[2]。

Mg对铝的强化作用显著，当Mg含量小于1%时，其力学性能随Mg含量的增加而增加，Mg的加入有助于细化共晶Si相，并能克服共晶Si相的偏聚；同时，Mg2Si的硬度与弹性模量比铝高，因此随着Mg含量的增加，材料中Mg2Si相增多，材料的拉伸强度提高[3]。

Mn固溶于铝中可提高再结晶温度，抑制铝合金的再结晶过程，同时，在再结晶终了阶段形成的Al6Mn弥散质点能显著细化再结晶晶粒，并且形成提高材料强度的弥散强化相[4-5]。因此，使用Mg和Mn较低的成分2#所生产的产品力学性能较低，且晶粒较为粗大，金属间结合力及塑韧综合性较差，三点弯曲开裂相对严重。

Cr与Mn的作用相似，且可抑制Mg2Si相在晶界析出，提高人工时效的强度。但Mn和Cr总量过高可能形成分别含Mn、Cr的粗大第二相，削弱Mg2Si相的沉淀强化效果，因此Mn+Cr总量控制在0.70%～0.80%范围内较佳[6]。当Fe含量≥0.25%时，随着其含量的增加，合金的塑性降低[7]，且Fe在铝中有非常低的溶解度，在凝固过程中常被排斥到支晶通道内，诱发形成粗大的夹杂相[8-9]，故使用成分1#生产的产品三点弯曲试验较成分3#效果差。