淬火温度对挤压6005A大型轨道车辆铝型材性能的影响

2022-11-02王晓宇王永付李宏常

铝加工 2022年5期

王晓宇，王俊，王永付，郑磊，李宏常

（辽宁忠旺集团有限公司，辽阳 111003）

0 前言

随着汽车轻量化的发展，铝合金在生产生活中起着不可或缺的作用。6×××系铝合金具有强度中等、可焊性和耐腐蚀等优点，特别是其良好的挤压性能，使其作为车辆型材得到广泛的应用[1-2]。由于该类产品多为大宽幅、薄壁断面型材，挤压系数较大，同时综合性能指标要求较高，需精准控制在线工艺参数，尤其是对淬火温度的要求极为严格。淬火温度越高，型材淬火效果越充分，相的固溶程度越好。此时，型材经时效后的组织、强度及塑性等综合性能也均较好[3-4]。

为了充分研究及分析6×××系轨道车辆铝型材不同淬火温度对组织与性能的影响，本文特选取6×××系铝合金中较具代表性的6005A合金进行模拟在线淬火。选用不同离线淬火制度，对比不同淬火温度下的6005A型材组织及性能，分析淬火温度对组织及性能的影响，并给出生产过程中的相关建议。

1 试验材料和试验方法

1.1 试验材料

选取5 500 t卧式挤压机生产的壁厚为4.0 mm的薄壁型材为试验材料进行试验。

锭坯选用经过熔炼后半连续铸造所得的直径为370 mm的锭坯。为保证锭坯表面质量，需要对锭坯进行车皮处理后再进行挤压生产。将挤压后的型材沿挤压方向切割成300 mm长的试样若干以进行试验。试样合金成分见表1。

表1 6005A挤压型材化学成分（质量分数/%）

1.2 试验方法

采用不同的离线淬火温度对挤压后的型材进行淬火试验，淬火温度分别为320℃、340℃、360℃、380℃、400℃、420℃、440℃、460℃和515℃，保温时间2 h。之后采用（175±3）℃×8 h时效制度对其进行时效处理。对热处理后的试验材料进行试验，具体试验设备及试验内容见表2。

表2 试验设备及试验内容

2 实验结果及分析

2.1 表面粗糙度及硬度分析

图1为6005A铝合金型材经淬火及时效热处理后其布氏硬度及表面粗糙度变化趋势图。由图可知：表面粗糙度随淬火温度的升高没有发生明显变化；硬度在中温区的变化浮动较大，在大于400℃以后变化趋于稳定，因此可以说明型材在320～400℃（中温区）的淬火敏感性比较高。随着淬火温度逐渐升高，非平衡相的溶解程度越好，基体的过饱和度越高，经时效处理后，析出相的分布越弥散细小[5]。细小弥散分布的第二相不易产生应力集中而失稳，材料的硬度值也就越高。当淬火温度超过400℃时，非平衡相的溶解固溶已达到最佳状态，基体达到最大过饱和度，经时效处理后，析出相的分布亦达到最佳状态，此时材料硬度值趋于稳定，变化不大[6]。

图1 6005A型材布氏硬度及表面粗糙度随淬火温度的变化趋势图

2.2 力学性能对比分析

表3为6005A合金型材经淬火及时效热处理后力学性能实测值。由表3数据可知：在中温区320～400℃时，型材的力学性能大幅度快速提升，并在400℃时达到了峰值；随着温度（高温区420～515℃）的进一步提高，可以看出力学性能变化不显著，性能趋于稳定[7]。

通过表3可以得出相关结论以及生产中的建议，即在线生产时，出口温度应保证在480℃以上或者在进入完全淬火区时温度尽量大于420℃，从而保证中温淬火的充分性以及淬火速率。

表3 力学性能结果

2.3 微观组织分析

图2为不同制度下6005A铝合金型材的微观组织图。通过对比可以知道：6005A合金型材在线淬火后经重新固溶处理未发生再结晶，对应晶粒度等级及最大晶粒尺寸见表4。对比表中数据可知：随着淬火温度的升高，材料晶粒度等级逐渐升高，且最大晶粒尺寸逐渐减小，在淬火温度达到400℃时达到最佳，晶粒度等级为2.5级，最大晶粒尺寸为0.215 mm×0.103 mm；当淬火温度继续升高，晶粒度等级有逐渐减小趋势，但最大晶粒尺寸仍在增加。在高温区内时，晶粒度等级为0.5级，最大晶粒尺寸为0.681 mm×0.219 mm，此结果与材料硬度值及力学性能值结果相呼应。当淬火温度为400℃，基体内非平衡相充分溶解固溶，过饱和度达到最佳，经时效处理后，析出相弥散分布，晶粒度等级达到最佳，材料综合性能最佳[8]。