董劉穎，李秋梅，劉兆偉，鄭 建，張德偉

（遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼陽(yáng)111003）

0 前言

6×××系鋁合金是一種中高強(qiáng)度Al-Si-Mg鋁合金，具有比強(qiáng)度高、成形性好、耐蝕性強(qiáng)、耐高溫等優(yōu)良性能。隨著輕量化的發(fā)展需求，該類鋁合金在汽車車身中的應(yīng)用日益廣泛。該合金在預(yù)時(shí)效處理狀態(tài)下具有良好的成形性，適用于作汽車外板，并具烘烤硬化性。在實(shí)際生產(chǎn)中，鋁合金板材固溶處理后的室溫停放導(dǎo)致強(qiáng)度增大，板材的成形性能降低[1]，而且車身板烤漆采用的低溫和短時(shí)作業(yè)抑制了板材的時(shí)效硬化潛力。因此采用固溶淬火后預(yù)時(shí)效可以完美地解決因自然時(shí)效引起的人工時(shí)效強(qiáng)化效果不佳的問(wèn)題，從而提高烤漆硬化能力。但不合適的預(yù)時(shí)效工藝不僅達(dá)不到預(yù)期效果，反而降低鋁合金板材的成形性能。因而，如何有效利用6×××系鋁合金的時(shí)效析出特性就變得尤為重要[2]。

本文針對(duì)T4態(tài)的6005A和6061合金擠壓板材的預(yù)時(shí)效及室溫停放過(guò)程對(duì)板材人工時(shí)效前后力學(xué)性能、延伸率、加工硬化率、電導(dǎo)率、組織性能穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了分析與研究，為改善板材成形性和烤漆硬化性提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。同時(shí)，文中還通過(guò)最后的人工時(shí)效模擬了汽車板的烤漆強(qiáng)化性能。

1 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)用6061、6005A兩種擠壓板材的化學(xué)成分如表1所示。將擠壓板材在空氣循環(huán)爐中于540℃保溫1 h后進(jìn)行水淬，然后按表2所示方案分別進(jìn)行不同的時(shí)效處理。

表1 實(shí)驗(yàn)材料的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

表2 時(shí)效方案

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同預(yù)時(shí)效時(shí)間對(duì)力學(xué)性能與電導(dǎo)率的影響

6061合金板材經(jīng)540℃×1 h水淬后分別進(jìn)行T4和T4P處理，其力學(xué)性能、電導(dǎo)率變化規(guī)律如圖1所示?？芍A(yù)時(shí)效保溫5 min時(shí)的T4P態(tài)合金強(qiáng)度較T4態(tài)低約15 MPa。繼續(xù)增加保溫時(shí)間，強(qiáng)度值升高。當(dāng)保溫15 min時(shí)，合金強(qiáng)度值較T4態(tài)高約20 MPa，之后基本保持不變；延伸率隨預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間延長(zhǎng)呈先降低趨勢(shì)，超過(guò)15 min后趨于平緩。預(yù)時(shí)效保溫5 min時(shí)，加工硬化率變化不大，而后隨預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間的延長(zhǎng)（5～15min）逐漸降低，15 min后趨于平穩(wěn)。T4P態(tài)電導(dǎo)率較T4態(tài)高約1%IACS，當(dāng)保溫時(shí)間超過(guò)5 min后，電導(dǎo)率增加趨勢(shì)明顯減弱。綜上考慮，預(yù)時(shí)效180℃×5 min可改善6061合金板材成形性。

6005A合金板材經(jīng)540℃×1 h水淬后分別進(jìn)行T4和T4P處理，其力學(xué)性能、電導(dǎo)率變化規(guī)律如圖2所示。由圖可知，預(yù)時(shí)效保溫5～15 min時(shí)，T4P態(tài)合金抗拉強(qiáng)度較T4態(tài)低約15 MPa，繼續(xù)增加保溫時(shí)間，強(qiáng)度值升高；當(dāng)保溫30 min時(shí)，抗拉強(qiáng)度值要高出T4態(tài)約20 MPa。預(yù)時(shí)效保溫5 min時(shí)其屈服強(qiáng)度較T4態(tài)變化不大，延伸率隨預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間延長(zhǎng)逐漸降低。預(yù)時(shí)效5 min時(shí)，加工硬化率有所升高，后隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)而降低。電導(dǎo)率隨著預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間延長(zhǎng)而升高。綜上考慮，預(yù)時(shí)效180℃×5min可改善6005A合金板材成形性。

2.2 T4、T4P對(duì)人工時(shí)效力學(xué)性能與電導(dǎo)率的影響

T4與不同預(yù)時(shí)效時(shí)間的T4P對(duì)人工時(shí)效6061合金力學(xué)性能及電導(dǎo)率的影響如圖3所示。由圖3可見(jiàn)，隨著人工時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，強(qiáng)度值、電導(dǎo)率均呈上升趨勢(shì)，延伸率和加工硬化率呈降低趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)比可以看出，T4P+T6樣品時(shí)效180℃×40 min后的強(qiáng)度值均明顯高于T4+T6。在時(shí)效180℃×120 min時(shí)，屈服強(qiáng)度高約70 MPa，抗拉強(qiáng)度高約30 MPa，接近T6態(tài)，120 min以后上升趨勢(shì)緩慢。在人工時(shí)效初期，T4+T6合金力學(xué)性能變化不大。超過(guò)30 min后，強(qiáng)度值隨時(shí)效時(shí)間增加而提高。另外T6樣品的強(qiáng)度值也明顯高于T4+T6。綜上所述，預(yù)時(shí)效處理可以解決因自然時(shí)效引起的人工時(shí)效效果不佳問(wèn)題，進(jìn)而提高了汽車板烤漆硬化能力。

T4與不同預(yù)時(shí)效時(shí)間的T4P對(duì)人工時(shí)效6005A合金力學(xué)性能及電導(dǎo)率的影響如圖4所示。通過(guò)對(duì)比可以看出，T4P+T6樣品的強(qiáng)度值均明顯高于T4+T6：在人工時(shí)效180℃×120 min時(shí)，屈服強(qiáng)度高約70 MPa，抗拉強(qiáng)度高約40 MPa，同時(shí)也高于T6態(tài)樣品強(qiáng)度值；120 min以后強(qiáng)度上升趨勢(shì)減緩。對(duì)于初期人工時(shí)效，T4+T6合金力學(xué)性能變化不大，超過(guò)60 min后，強(qiáng)度值隨時(shí)效時(shí)間增加而提高，另外T6樣品的強(qiáng)度值也明顯高于T4+T6。綜上所述，預(yù)時(shí)效處理可以解決因自然時(shí)效引起的人工時(shí)效強(qiáng)化效果不佳的問(wèn)題，進(jìn)而提高了汽車板烤漆硬化能力。

2.3 組織檢測(cè)結(jié)果

圖5為6061-T4P合金型材（預(yù)時(shí)效時(shí)間為5 min）的偏光組織照片，可以看出邊部與心部組織均發(fā)生再結(jié)晶，部分位置晶粒長(zhǎng)大，受基體第二相分布影響，沿?cái)D壓方向延長(zhǎng)。

圖6為6005A-T4P合金型材（預(yù)時(shí)效時(shí)間為5 min）的偏光組織照片，可以看出邊部組織發(fā)生再結(jié)晶，部分位置晶粒長(zhǎng)大。

2.4 分析與討論

6×××系鋁合金的時(shí)效析出相包括β″、β'和Mg2Si相，另外根據(jù)時(shí)效溫度和時(shí)間的不同，析出相的類別和數(shù)量也各不相同。當(dāng)基體中析出大量β″相時(shí)硬度和強(qiáng)度最高，隨著溫度和保溫時(shí)間的提高，β″相會(huì)逐漸變成β'相。一旦出現(xiàn)了β'相，合金的硬度和強(qiáng)度將開(kāi)始下降。根據(jù)6061、6005A兩種樣品預(yù)時(shí)效不同時(shí)間對(duì)樣品自然時(shí)效力學(xué)性能影響結(jié)果可知，180℃保溫5 min下的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度較T4態(tài)樣品低約15 MPa，即發(fā)生了回歸現(xiàn)象。由于在180℃保溫初期基體中較小的不穩(wěn)定的GP區(qū)回溶，GP區(qū)數(shù)量的減少導(dǎo)致合金的強(qiáng)化作用減弱，這是預(yù)時(shí)效初期強(qiáng)度降低的根本原因。預(yù)時(shí)效時(shí)間超過(guò)15 min，6061樣品強(qiáng)度先趨于穩(wěn)定后增強(qiáng)，6005A樣品強(qiáng)度增加，說(shuō)明延長(zhǎng)保溫時(shí)間有利于尺寸較大的未溶GP區(qū)開(kāi)始逐漸長(zhǎng)成熱力學(xué)更穩(wěn)定的β″相，對(duì)基體的強(qiáng)化作用顯著增強(qiáng)，故合金板材的強(qiáng)度開(kāi)始增大。合金強(qiáng)度越高、延伸率越低、加工硬化指數(shù)越低，板材的成形性能越差，故合適的預(yù)時(shí)效保溫時(shí)間為5 min。

劉宏等研究發(fā)現(xiàn)6×××系鋁合金在170℃人工時(shí)效初期，T4態(tài)合金中GP區(qū)的溶解過(guò)程推遲了β″相的析出，所形成的析出物主要是β″核心，導(dǎo)致時(shí)效硬化性下降；而T4P態(tài)（固溶淬火后立即于170℃下人工時(shí)效不同時(shí)間，然后室溫放置兩周）合金在這一階段β″核心連續(xù)長(zhǎng)大成為β″相，其顯微組織以β″析出物為主，導(dǎo)致時(shí)效硬化性增強(qiáng)。預(yù)時(shí)效加速基體GP區(qū)形成，合金的時(shí)效硬化效果可以得到一定程度的提高。在較長(zhǎng)的預(yù)時(shí)效保溫期間，在合金基體上有可能直接形成密度極高的β″相，盡管最終合金板材會(huì)獲得更好的烤漆硬化效果，但對(duì)照組的伸長(zhǎng)率仍大幅降低，不利于板材的沖壓性能要求[3，4]。綜合考慮，6061、6005A合金的預(yù)時(shí)效制度為180℃×5 min即可。

3 結(jié)論

（1）預(yù)時(shí)效180℃×5 min可改善6061合金板材成形性，在人工時(shí)效40 min后解決了因自然時(shí)效引起的人工時(shí)效強(qiáng)化效果不佳的問(wèn)題，因此提高了汽車板烤漆40 min后的硬化能力。

（2）預(yù)時(shí)效180℃×5 min可改善6005A合金板材成形性，解決了因自然時(shí)效引起的人工時(shí)效強(qiáng)化效果不佳的問(wèn)題，因此提高了汽車板烤漆硬化能力。