孫玉玲 ，謝方亮，張旭東，王 爽，楊 蕊，武維煜

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司， 遼寧 遼陽 111003)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車擁有量日漸增長(zhǎng)，環(huán)境污染愈發(fā)嚴(yán)重，因此在保證汽車強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車質(zhì)量，減少燃料消耗，降低排氣污染有著重要意義。有研究表明在結(jié)構(gòu)相似的前提下，鋁合金防撞梁在實(shí)現(xiàn)減重38.4%的前提下，強(qiáng)度性能卻可有進(jìn)一步的提升[1]。

6082鋁合金屬于Al-Mg-Si系熱處理可強(qiáng)化鋁合金，廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸和結(jié)構(gòu)工程工業(yè)。現(xiàn)階段，使用有限元軟件模擬安全構(gòu)件碰撞較多，但其與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果存在較大差異。本文以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)為前提，通過在GB/T 6892-2015標(biāo)準(zhǔn)要求內(nèi)調(diào)整6082鋁合金成分含量區(qū)間，并經(jīng)宏觀力學(xué)性能、三點(diǎn)彎曲等檢測(cè)，以得到綜合性能最佳的汽車橫梁擠壓型材。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)用汽車橫梁型材橫截面圖如圖1所示，分別使用表1中各成分進(jìn)行生產(chǎn)，其各成分均在GB/T 6892-2015標(biāo)準(zhǔn)中6082合金成分含量區(qū)間內(nèi)。使用20 MN擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓生產(chǎn)，鑄錠溫度為510℃±20℃，擠壓速度控制在3m/min～5 m/min，采用水冷方式淬火，后在熱風(fēng)循環(huán)爐中以170℃×8 h進(jìn)行人工時(shí)效。

圖1 樣品截面圖Fig. 1 Section of the sample

表1 化學(xué)成分(重量含量，%)

室溫拉伸試驗(yàn)根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 228-2002在電子萬能拉伸機(jī)上進(jìn)行；金相樣品經(jīng)粗磨、細(xì)磨、拋光和陽極覆膜，在萬能研究級(jí)倒置式材料顯微鏡上觀察晶粒組織；取1000mm三點(diǎn)彎曲試樣，使用Φ320mm壓頭，500mm支撐跨距，以50mm/min速率下壓150mm，在YBT1206微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同合金成分對(duì)力學(xué)性能的影響

使用表1中3種成分?jǐn)D壓生產(chǎn)的試樣經(jīng)拉伸試驗(yàn)測(cè)得的力學(xué)性能如圖2所示。由圖2可以看出，使用成分1#和成分3#生產(chǎn)的產(chǎn)品力學(xué)性能相差較小，屈服強(qiáng)度均高于340MPa，抗拉強(qiáng)度高于360MPa；而成分2#屈服強(qiáng)度為329MPa，抗拉強(qiáng)度為338MPa，同時(shí)斷后伸長(zhǎng)率僅為10%，而成分1#斷后延伸率可達(dá)14.5%，成分3#達(dá)12.5%。

2.2 不同合金成分對(duì)三點(diǎn)彎曲性能的影響

不同合金成分的產(chǎn)品，三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)后彎曲處外觀情況如圖3所示。由圖3可以看出，經(jīng)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)后，使用成分2#生產(chǎn)的產(chǎn)品發(fā)生嚴(yán)重?cái)嗔?；使用成?#生產(chǎn)的產(chǎn)品雖未完全斷裂，但表面已呈現(xiàn)開裂趨勢(shì)；而使用成分3#生產(chǎn)的產(chǎn)品，表面狀態(tài)極佳。

2.3 不同合金成分對(duì)晶粒組織的影響

使用3種成分生產(chǎn)的產(chǎn)品微觀晶粒組織如圖4所示。由圖4可以看出，使用成分2#擠壓生產(chǎn)的產(chǎn)品，表面及心部晶粒均較為粗大，且視場(chǎng)內(nèi)單個(gè)晶粒最大可達(dá)3000μm×2000μm；而使用成分1#、3#的產(chǎn)品，心部為纖維狀組織，且皮質(zhì)層較薄。

圖2 不同合金成分對(duì)力學(xué)性能的影響Fig. 2 Influence of different alloy components on mechanical properties

(a)成分1#；(b)成分2#；(c)成分3#圖3 三點(diǎn)彎曲外觀圖Fig. 3 Appearance after three-point bending testing

(a)成分1#產(chǎn)品；(b)成分2#產(chǎn)品；(c)成分3#產(chǎn)品 圖4 微觀晶粒圖Fig.4 Microstructure size

2.4 結(jié)果分析

研究表明，6082合金中過剩Si可以在人工時(shí)效時(shí)起到補(bǔ)充強(qiáng)化的作用，同時(shí)可細(xì)化β′-Mg2Si，有利于沉淀強(qiáng)化，增加抗拉強(qiáng)度，故在合金配比時(shí)，Si選擇在其國(guó)標(biāo)成分中上線[2]。

Mg對(duì)鋁的強(qiáng)化作用顯著，當(dāng)Mg含量小于1%時(shí)，其力學(xué)性能隨Mg含量的增加而增加，Mg的加入有助于細(xì)化共晶Si相，并能克服共晶Si相的偏聚；同時(shí)，Mg2Si的硬度與彈性模量比鋁高，因此隨著Mg含量的增加，材料中Mg2Si相增多，材料的拉伸強(qiáng)度提高[3]。

Mn固溶于鋁中可提高再結(jié)晶溫度，抑制鋁合金的再結(jié)晶過程，同時(shí)，在再結(jié)晶終了階段形成的Al6Mn彌散質(zhì)點(diǎn)能顯著細(xì)化再結(jié)晶晶粒，并且形成提高材料強(qiáng)度的彌散強(qiáng)化相[4-5]。因此，使用Mg和Mn較低的成分2#所生產(chǎn)的產(chǎn)品力學(xué)性能較低，且晶粒較為粗大，金屬間結(jié)合力及塑韌綜合性較差，三點(diǎn)彎曲開裂相對(duì)嚴(yán)重。

Cr與Mn的作用相似，且可抑制Mg2Si相在晶界析出，提高人工時(shí)效的強(qiáng)度。但Mn和Cr總量過高可能形成分別含Mn、Cr的粗大第二相，削弱Mg2Si相的沉淀強(qiáng)化效果，因此Mn+Cr總量控制在0.70%～0.80%范圍內(nèi)較佳[6]。當(dāng)Fe含量≥0.25%時(shí)，隨著其含量的增加，合金的塑性降低[7]，且Fe在鋁中有非常低的溶解度，在凝固過程中常被排斥到支晶通道內(nèi)，誘發(fā)形成粗大的夾雜相[8-9]，故使用成分1#生產(chǎn)的產(chǎn)品三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)較成分3#效果差。

3 結(jié)論

汽車橫梁用6082鋁合金在國(guó)標(biāo)基礎(chǔ)上控制Si 1.0～1.3，F(xiàn)e≤0.25，Cu≤0.07，Mn 0.5～0.6，Mg 0.8～1.0，Cr 0.10～0.20鑄造后，通過擠壓生產(chǎn)并經(jīng)一定制度時(shí)效，可得到符合用戶要求的產(chǎn)品。