6xxx铝合金韦氏硬度与抗拉强度线性关系研究

2021-10-20李文瀚王成滨

有色金属加工 2021年5期

李文瀚，孙尧，宋浩，王纳，王成滨

(忠旺(辽阳)铝模板制造有限公司，辽宁辽阳 111003)

单向拉伸试验时，试样因拉力作用产生弹性变形，达到屈服点后随即产生塑性变形，当正应力超过断裂强度时试样断裂。压入式硬度试验时，试样因压头压入发生弹性变形，随试验力加载时间的延长产生塑性变形。正由于拉伸试验与压入式硬度试验之间存在以上相似点，因此，金属材料的硬度与强度必然存在一定的联系[1，2]。肖栋等[3]在张玉庭[4]研究的基础上，运用布氏硬度与维氏硬度经验换算关系得出σb≈3.234×1.053HB，该关系式具有较高的可靠性，计算值与实测值相比，理论抗拉强度与实际抗拉强度误差范围为±3%。林光磊等[5]研究了可适用于不同热处理状态下的6063铝合金型材维氏硬度与强度的线性关系，得出关系式σb=2.17355HV+55.63249，具有较高的线性相关性，线性相关系数r=0.9183181，回归方程的误差S=6.84MPa。

布氏硬度、维氏硬度的测试对样品具有破坏性，试验过程对环境的要求较高，而韦氏硬度计便于携带[6，7]，在实际生产工序中可对机械性能进行线性监控，检测结果更为直观、效果更为高效。胡福仁等[8]运用最小二乘法对6063铝合金的韦氏硬度与抗拉强度值的关系进行了研究，得出了线性相关程度较高的的关系式，对指导生产、制定生产工艺、控制产品质量具有指导性意义，但只研究了6063合金韦氏硬度与抗拉强度值的关系，比较片面，对实际应用具有局限性。6xxx系铝合金具有Al-Mg-Si结构，属于可热处理强化的变形铝合金，具有中等强度，良好的焊接性和耐腐蚀性，集中了4xxx系和5xxx系合金的优点[9-11]。本文针对目前应用最广泛的6xxx系铝合金挤压型材，运用最小二乘法对韦氏硬度与抗拉强度之间的关系展开研究，并建立关系式。

1 试验部分

1.1 试验材料

选取试样合金及状态分别为6005A-T6、6063-T5、6082-T6、6106-T7、6005A-T4、6008-T4、6106-T4的6xxx系合金。按国家标准GB/T 16865-2013变形铝、镁合金及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法[12]进行机械加工，其平行部分宽度为12.5mm，原始标距为50mm。

1.2 检测方法

韦氏试验采用B型韦氏硬度计，按国家标准GB/T 32660.1-2016金属材料韦氏硬度试验第1部分：试验方法[13]在拉伸试验之前对试样进行硬度试验，测定韦氏硬度(HW)。

拉伸试验采用日本岛金AG-X100KNH倒置式电子万能试验机，按国家标准GB/T 228.1-2010金属材料室温拉伸方法[14]对试样进行拉伸试验，测定抗拉强度(Rm)。

2 试验结果与分析

2.1 韦氏硬度值(HW)与抗拉强度(Rm)的关系

表1为不同合金状态的35组试验，分别列出了韦氏硬度(HW)与抗拉强度(Rm)对应的试验结果。以表1中的韦氏硬度值与抗拉强度为坐标对(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3)……(x35,y35)，建立直角坐标系，如图1。

表1 试验结果

图1 韦氏硬度值与抗拉强度

由图1可知，韦氏硬度值与抗拉强度组成的数组近似呈线性关系，因此，可以通过最小二乘估计式得到简单线性回归模型参数的估计量。以y为6xxx系铝合金挤压型材的抗拉强度，x为韦氏硬度值，其关系式可用下式表示：

y=ax+b

(1)

由最小二乘法的原理可知：

(2)

(3)

2.2 一元线性回归方程的检验

2.2.1 r判定系数

在判定一个线性回归直线的拟合度好坏时，线性相关系数r是一个重要指标。相关系数r表示两个变量之间线性相关关系，r>0时两个变量呈正相关；r<0时两个变量呈负相关。r值在1与-1之间时，r的绝对值越接近1，两个变量线性相关性越强；r的绝对值接近于0时，表明两个变量几乎不存在线性相关关系[15]。根据线性相关系数r公式(4)检验韦氏硬度与抗拉强度关系式的可靠性。

(4)

将表1中的数据代入，可得r=0.97149。由此可知，r的值很接近1，表明韦氏硬度值与抗拉强度的一元线性回归直线的拟合度很好。