汽车用6005A铝合金型材组织及性能提升技术研究

曹东升 刘建生 王睿 李延军 王爽 孙巍

摘要：通过对6005A合金铸锭均匀化制度和挤压工模具结构进行调整，来改善挤压制品的晶粒组织结构，进而达到提高6005A铝合金汽车梁挤压制品的力学性能及稳定性的目的。试验结果表明，适当调整铸锭均匀化制度以及减少模具工作带长度，对减轻挤压制品再结晶层厚度有明显作用，即当铸锭均匀化制度调整到510 ℃、保温6 h，降低模具工作带长度至3 mm时，可明显降低挤压型材制品再结晶层厚度，使型材组织更加均匀细小。型材T6状态下屈服强度由274 MPa提升到298 MPa，抗拉强度由291 MPa提升到313 MPa，断后伸长率则由9%提升到15%，达到稳定辊弯加工成形性的目的。

关键词：6005A合金;挤压制品;再结晶层;力学性能;辊弯加工

中图分类号：TG 37    文献标志码：A

Research on microstructure and performance improvement technology of 6005A aluminum alloy profile for automobile

CAO Dongsheng，LIU Jiansheng，WANG Rui，LI Yanjun，WANG Shuang，SUN Wei

（Liaoning Zhongwang Group Co.，Ltd.，Liaoyang 111003，China）

Abstract： By adjusting the homogenization system of 6005A alloy ingots and the structures of extrusion tool and die，the microstructure of the extruded products is improved，and then the mechanical properties and forming stability of 6005A aluminum alloy automobile beam extruded products are improved. The test results show that the ingot homogenization system and the length of die working band show a significant effect on reducing the thickness of recrystallization layer of extruded products. When the ingot homogenization system is at 510 °C for 6 hours and the length of die working belt is reduced to 3 mm，the thickness of the recrystallization layer in extruded profile products is significantly reduced，and the microstructure of the profile is more uniform and fine. Under T6 state，the yield strength is increased from 274 MPa to 298 MPa，the tensile strength is increased from 291 MPa to 313 MPa，the elongation after fracture is increased from 9% to 15%，and the purpose of stabilizing the formability of roll bending is achieved.

Keywords： 6005A alloy;extruded product;recrystallized layer;mechanical properties;roll bending

隨着汽车轻量化发展和节能减排的政策倡导，汽车零部件正在从钢逐步向铝合金方向拓展。现阶段，铝合金制品在全世界范围内汽车产品中得到越来越广泛的应用[1-3]。6005A铝合金作为一种典型的可热处理强化Al-Mg-Si合金，具有密度低且强度可观、易于加工、焊接适应性良好、耐腐蚀性好的特点[4-6]，广泛应用于汽车吸能盒、挤压梁等产品中。汽车挤压梁产品，作为汽车结构零部件，具有质量轻、强度高、美观、耐腐蚀、易加工成型等优良特性[7-8]。但由于最终产品对性能要求较高（屈服、抗拉强度高出国标要求40 MPa，断后伸长率A50超出国标要求4%），且需要后续辊弯加工，所以追求高性能的同时，还要保证加工组织稳定性。本文将对6005A合金按熔铸—铸锭均匀化—挤压成型—充分在线淬固溶淬火—辊弯加工—人工时效处理的工艺流程生产，通过对6005A铸锭均匀化及挤压工模具结构的调整，来对比分析挤压制品微观晶粒组织对于产品力学性能及加工稳定性的影响。

1    试验材料与方法

试验采用6005A合金成分范围内各物质来铸造铸锭。具体合金成分见表1。铸造完成后的铸锭分别采用560℃保温6 h和510 ℃保温6 h、然后采用水雾冷却的工艺进行均匀化处理，均匀化后的铸锭进行定尺锯切，期间留取20 mm厚棒片用于铸锭检测，将切割完定尺的铸锭转序至挤压车间;设计不同工作带长度的两套模具用于生产壁厚为2.25 mm，轮廓尺寸为62 mm×13 mm的防卷入梁扁管型材。其中模具a工作带长度为4.8 mm，模具b工作带长度为3.0 mm，将两种不同均匀化处理后的铸锭分别采用模具a和模具b挤压，生产工艺见表2。生产完成的制品切去头尾废料后制成辊弯加工定尺并用于辊弯试验;另外在型材上同一挤压长度位置分别截取200 mm×25 mm试片若干，用于力学性能检测;截取力学试片所对应位置的高倍试片若干，用于金相检测。

2    试验结果及分析

2.1    铸锭高倍组织对比

采用光学显微镜对两铸锭的边部及芯部进行观察。图1为均匀化处理后铸锭高倍组织形貌图。从图1（a）.（b）可以看出，高温均匀化条件下，大部分织晶网已溶解断裂，均匀化效果较为充分，同时晶内析出第二相质点，并已发生聚集长大;从图1（c）、（d）可以看出，低温均匀化条件下，织晶网结构已部分溶解，且晶内析出少量的第二相质点，具有一定的均匀化效果[9-10]。

2.2    铸锭晶粒度对比

采用光学显微镜对两铸锭放大到100倍进行显微组织观察。图2为均匀化处理后铸锭高倍晶粒度图。从图2（a）、（b）可以看出，高温均匀化条件下，边部晶粒度等级为4.5级，芯部晶粒度等级为3.5级;从图2（c）、（d）可以看出，低温均匀化条件下，边部及芯部的晶粒度等级均为5级，晶粒尺寸相比高温均匀化要更加细小。

结合图1和2可以发现，560 ℃虽然可以实现充分均匀化的目的，但是对铸锭第二相形态和晶粒组织造成了一定的影响。1）铸锭中抑制再结晶的第二相质点从基体中析出并发生聚集长大，不利于后续热加工过程抑制动态再结晶的作用;2）原始铸锭晶粒大小对后续生产加工存在遗传作用，原始晶粒越粗大，那么热加工后型材会延续晶粒组织粗大的现象[11-12]。而510 ℃将铸锭织晶网结构部分溶解，使织晶结构发生断裂，但此温度不足以打破铸造晶粒的稳定结构，且晶内未发生明显的第二相析出聚集现象。因此，510 ℃工艺制度在达到了一定的均匀化目的的同时，晶粒形态未发生变化。

2.3    型材高倍组织对比

采用光学显微镜对型材试样进行显微组织观察，结果如图3所示。6005A铝合金挤压型材制品由于受到高温、高压、挤压筒内壁、模具约束等摩擦作用，制品两侧表面发生了再结晶现象，再结晶后的晶粒组织粗大，且不均匀[13-14]。通过试验发现，此种再结晶虽然无法完全消除，但通过适当调整生产工艺可减轻。由图3可以看出，在铸锭均匀化温度不变的条件下，使用减短了工作带的模具b所生产的型材再结晶层总厚度由1 562μm降低至920μm;同样使用模具b，降低均匀化温度后，型材再结晶层总厚度由920μm降低至239μm。

2.4    挤压型材力学性能分析

采用电子万能试验机对试样进行拉伸试验，详细数据如图4。结合图3和图4中数据可知，再结晶层厚度对型材自然时效和人工时效（峰值）力学性能有明显影响。再结晶层越薄，型材自然时效和人工时效（峰值）力学性能越高。铸锭均匀化温度的降低和模具工作带的减短，对改善挤压制品再结晶层厚度均有一定作用，其中铸锭均匀化温度的改变，对型材力学性能及稳定性的提升更为显著。

2.5    挤压型材辐弯加工尺寸精度检测

利用辊弯加工设备对停放1周左右的若干T4自然时效型材进行辊弯加工，操作流程：（1）调整程序后，用同一程序进行辊弯，辊弯过程始终保持程序参数不变。（2）辊弯后，将工件放在检具上，对应检具上检测点，用数显游标卡尺进行检测，记录数据。测量简图如图5所示，测量数据见表3。

辊弯加工产品，因撤销加工应力后存在回弹现象，不同的回弹量会导致加工制品尺寸出现偏差，制品性能越好，回弹效果越明显，测量点间隙越小，如果所有型材辊弯后测量间隙在一个稳定范围内，通过调整辊弯程序也可解决间隙问题。由表3可 知，1#制品再结晶层较厚，对应制品辊弯加工波动范 围最大，序号4生产制品再结晶厚度最低，辊弯加工测量值波动最小。因此说明粗大不均的再结晶组织对产品力学性能、及加工性能均会造成不良影响。

3    结论

（1）通过将铸锭的均匀化制度调整为510 ℃×6 h、模具工作带长度降低至3 mm，可明显降低挤压型材的再结晶层厚度，使型材组织更加均匀细小。型材T6狀态下屈服强度由274 MPa提升到298 MPa，抗拉强度由291 MPa提升到313 MPa，断后伸长率则由9%提升到15%。

（2）6005A铝合金汽车防卷入梁产品辊弯加工稳定性受挤压型材再结晶层厚度影响，再结晶层越厚，晶粒尺寸越不均匀，辊弯加工间隙偏差值越不稳定;反之，再结晶层越薄，基体晶粒组织越细小均匀，辐弯加工间隙偏差值稳定。

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