閆 明，王一焱，董陽(yáng)華

(常州博瑞電力自動(dòng)化設(shè)備有限公司，江蘇常州 213025)

6063 鋁合金屬于Al-Mg-Si 系合金，是一種可熱處理強(qiáng)化的鋁合金，由于其具有較好的力學(xué)性能和可加工性，因此在航空航天、交通運(yùn)輸、汽車等工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用[1，2]。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，鋁合金的焊接方法也越來越多，常見的有攪拌摩擦焊、激光焊、TIG 焊、MIG 焊、真空釬焊等，其中真空釬焊以焊接工件尺寸精度高、變形小、缺陷少等優(yōu)點(diǎn)成為了鋁合金最廣泛應(yīng)用的焊接方法之一[3，4]。

在電力行業(yè)產(chǎn)品中，6063-T6 鋁合金以其優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性及力學(xué)性能在散熱器類產(chǎn)品上應(yīng)用廣泛，但該類材料經(jīng)真空釬焊后存在力學(xué)性能下降的問題，導(dǎo)致力學(xué)性能無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，其根本原因?yàn)檎婵这F焊爐腔內(nèi)溫度高，整個(gè)焊接過程相當(dāng)于對(duì)已熱處理強(qiáng)化過的6063-T6 鋁合金工件完成了一次退火，材料內(nèi)部金相組織發(fā)生變化，內(nèi)部細(xì)小且均勻的強(qiáng)化相在高溫的作用下聚集并長(zhǎng)大，從而導(dǎo)致整體力學(xué)性能下降[5，6]。本文以6063-T6 鋁合金隨爐試樣為研究對(duì)象，通過硬度檢測(cè)、拉伸試驗(yàn)和壓縮試驗(yàn)等手段驗(yàn)證真空釬焊對(duì)6063-T6 鋁合金力學(xué)性能變化的影響。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試樣制備

使用布洛克Q4TASMAN 火花直讀光譜儀對(duì)6063-T6 鋁合金原材料做成分分析，檢測(cè)結(jié)果如表1 所示，該批次6063-T6 鋁合金化學(xué)成分符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以此材料進(jìn)行拉伸、壓縮和硬度試樣的制備。

表1 6063-T6鋁合金的化學(xué)成分 ωB/%

拉伸試樣按照《GB/T 228.1-2010 金屬材料拉伸試驗(yàn)第1 部分：室溫試驗(yàn)方法》制備成啞鈴狀標(biāo)準(zhǔn)試樣。

6063-T6 鋁合金具有較強(qiáng)的塑性，在壓縮過程中會(huì)發(fā)生較大的塑性變形，不易碎裂，難以測(cè)量材料的壓縮強(qiáng)度。本次壓縮試樣制成40mm×40mm×30mm 的方形小樣，經(jīng)過加載不同壓應(yīng)力后測(cè)量試樣表面平面度的變化來驗(yàn)證材料的抗壓性能[7]。

布氏硬度檢測(cè)的試樣規(guī)格與壓縮試樣規(guī)格相同，制成40mm×40mm×30mm 的方形小樣。

以上三項(xiàng)試驗(yàn)樣品各制備20 塊，10 塊作為6063-T6 原材料力學(xué)性能檢測(cè)，另外10 塊作為隨爐試樣經(jīng)真空釬焊后再驗(yàn)證其力學(xué)性能變化。

1.2 真空釬焊

真空釬焊是在真空環(huán)境下，通過毛細(xì)作用將釬料填滿母材間縫隙之中的焊接方法[8]。本次研究6063-T6 鋁合金經(jīng)釬焊爐加熱后的母材區(qū)力學(xué)性能變化，不對(duì)焊縫處力學(xué)性能進(jìn)行研究，因此試樣僅在爐腔內(nèi)加熱，不添加釬料焊接，為保證金相組織轉(zhuǎn)變徹底且均勻，爐腔內(nèi)溫度設(shè)置為605℃，保溫5h 后隨爐冷卻至室溫。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 拉伸強(qiáng)度變化

拉伸試樣按照標(biāo)準(zhǔn)制成厚度4mm，寬度15mm 的啞鈴型試樣，拉伸速度5mm/min，釬焊前和釬焊后材料的抗拉強(qiáng)度如表2 所示。

表2 抗拉強(qiáng)度對(duì)比

從表2 數(shù)據(jù)來看，經(jīng)過釬焊后的6063-T6 鋁合金相比原材料抗拉強(qiáng)度下降了約55.86%。

2.2 硬度變化

使用布洛維硬度計(jì)對(duì)兩種共20 塊試樣做布氏硬度測(cè)量，選用直徑為2.5mm 的鋼球壓頭，試驗(yàn)力306N，每塊試樣中心采取一點(diǎn)，測(cè)量?jī)纱螇汉壑睆饺∑骄岛蟛楸碜x取硬度值，檢測(cè)結(jié)果如表3 所示。

圖1 布氏硬度檢測(cè)

圖2 壓痕直徑測(cè)量

表3 布氏硬度對(duì)比

經(jīng)過釬焊爐內(nèi)高溫加熱過的6063-T6 鋁合金硬度明顯下降，其下降幅度約50.16%。

2.3 壓縮性能變化

由于鋁合金材料塑性強(qiáng)，壓縮試驗(yàn)中會(huì)發(fā)生較大的塑性變形，因此難以測(cè)量其抗壓強(qiáng)度。本試驗(yàn)通過對(duì)比壓縮試驗(yàn)前后試樣表面平面度的變化量來確定材料發(fā)生明顯塑性變形時(shí)所需的最小應(yīng)力值，具體方法如下所示：

（1）對(duì)所有試樣（10 塊未釬焊、10 塊釬焊后）進(jìn)行表面平面度檢測(cè)。

（2）試樣與試驗(yàn)機(jī)壓頭之間中心放置一直徑為20mm 的Cr12 壓塊，確保每次施加應(yīng)力面積恒定，如圖3 所示。開啟試驗(yàn)機(jī)，緩慢對(duì)試樣進(jìn)行壓縮，達(dá)到預(yù)設(shè)應(yīng)力后，試驗(yàn)機(jī)停止。

圖3 壓縮試驗(yàn)

（3）測(cè)量經(jīng)壓縮后試樣表面平面度以及相對(duì)于初始表面平面度的變化量。

（4）分析數(shù)據(jù)，根據(jù)平面度的變化情況調(diào)整預(yù)設(shè)壓應(yīng)力，重復(fù)步驟2～3 直至試驗(yàn)結(jié)束，為確保試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，每塊試樣僅壓縮一次。

壓縮試驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5 所示，橫坐標(biāo)為試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣施加的應(yīng)力大小，縱坐標(biāo)為壓縮試驗(yàn)前后同一試樣表面平面度的變化量。

從曲線上看6063-T6 原材料在承受低于145MPa 的壓應(yīng)力下，平面度變化較小，試樣表面僅有較淺壓痕，隨壓應(yīng)力增大，試樣表面壓痕逐漸變深，平面度變化量也隨之增大。經(jīng)過釬焊后的6063-T6 鋁合金材料變化趨勢(shì)與原材料相似，當(dāng)試樣承受超過30MPa 的壓應(yīng)力時(shí)，試樣表面出現(xiàn)較深壓痕，相比原材料，經(jīng)過釬焊后的6063-T6 鋁合金耐壓性能大幅降低。

圖4 原材料試樣壓縮試驗(yàn)結(jié)果

圖5 釬焊后試樣壓縮試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

經(jīng)過釬焊爐加熱過的6063-T6 鋁合金材料力學(xué)性能明顯下降，主要表現(xiàn)在：

（1） 抗拉強(qiáng)度大幅下降，釬焊后僅為95.59MPa，相比原材料下降約55.86%。

（2）硬度變化趨勢(shì)與強(qiáng)度變化類似，釬焊后材料硬度下降約50.16%，材料明顯變軟。

（3）抗壓性能明顯下降，6063-T6 原材料承受145MPa 以上壓應(yīng)力時(shí)逐漸發(fā)生形變，經(jīng)過釬焊爐加熱過的材料承受30MPa 以上的壓應(yīng)力時(shí)即存在變形風(fēng)險(xiǎn)。

可見,釬焊爐內(nèi)的高溫會(huì)對(duì)6063-T6 鋁合金力學(xué)性能造成較大影響，加工或使用時(shí)應(yīng)注意避免高溫，防止力學(xué)性能下降造成安全質(zhì)量事故。