馬龍飛，董劉穎，劉兆偉，李秋梅，周丹桐

（遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼陽 111003）

0 前言

近年來，安全、環(huán)保和節(jié)能是當(dāng)今汽車制造業(yè)發(fā)展的重要方向，汽車輕量化對減輕車身重量、減少耗油量和減排至關(guān)重要[1]。在汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家，18%的鋁材用于汽車制造，并以每年20%~30%的速率增長，而我國鋁合金在汽車領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)達(dá)國家相比還有較大的差距，汽車車身鋁合金的研究與生產(chǎn)在我國汽車行業(yè)的發(fā)展中顯得十分迫切[2]。汽車用鋁合金主要集中于Al-Cu-Mg 系、Al-Mg 系、Al-Mg-Si 系等，而 Al-Mg-Si 系鋁合金是汽車車身輕量化的首選材料。主要因?yàn)锳l-Mg-Si系鋁合金是典型的可熱處理強(qiáng)化合金，具有較高的強(qiáng)度、優(yōu)良的擠壓性能、對應(yīng)力腐蝕不敏感、良好的焊接性能及加工性能等。本文選取Al-Mg-Si系中的6082、6005A、6061、6063鋁合金為研究材料，對比分析了這4種常用汽車車身鋁合金的主要相組成、析出溫度、顯微組織及力學(xué)性能的影響規(guī)律，為汽車車身鋁合金的研究提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)材料選用Al-Mg-Si系汽車車身的4種常用鋁合金，分別為6082、6005A、6061、6063 合金。其化學(xué)成分如表1 所示，對應(yīng)試驗(yàn)編號依次為1#、2#、3#、4#。鑄錠經(jīng)560 ℃×8 h均勻化處理后進(jìn)行擠壓，擠壓主要工藝為鑄錠加熱溫度465~495 ℃，擠壓速度4.0~4.5 m/min，淬火前溫度≥485 ℃，水罐淬火。擠壓出的型材形狀為“口”字型方管，方管型材尺寸為100 mm×100 mm×3 mm。試樣選取方管相同對應(yīng)中心位置，經(jīng)過T6處理，選用Keller腐蝕液 （1%HF、1.5%HCl、2.5%HNO3、95%H2O，體積分?jǐn)?shù)）腐蝕后觀察顯微組織并在相應(yīng)位置進(jìn)行維氏硬度和抗拉試驗(yàn)測試。在凝固過程熱力學(xué)計(jì)算中，采用Scheil-Gulliver 模型理論數(shù)值計(jì)算并對比分析這4種不同合金的主要相組成及析出溫度。

表1 試驗(yàn)鋁合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 鑄錠相組成及析出溫度分析

圖1為不同合金鑄錠主要相組成與析出溫度的關(guān)系。從圖中可以看出，在理想狀態(tài)下，6082、6005A、6061、6063 這4 種合金的主要相組成有：α-Al、Mg2Si、Al5Cu2Mg8Si6、Al13Cr4Si4等，部分合金含有單質(zhì)Si、Al7Cu2Mg、AlFeSi 相等。另外，由于它們的化學(xué)成分不同，其主要相的析出量差異較大。結(jié)合表2 不同鋁合金相分布，其中在25℃時(shí)，Mg2Si 強(qiáng)化相含量依次按6082、6005A、6061、6063 合金順序分別為0.85%、0.57%、1.29%、0.76%，開始析出溫度依次為532.1 ℃、529.9 ℃、543.5 ℃、519.5 ℃。6061 合金的 Mg2Si 強(qiáng)化相含量及開始析出溫度均較高，主要原因可能是因?yàn)楹琈g 和Cu 元素較多，除了形成Mg2Si 外，部分形成Al5Cu2Mg8Si6、Al13Cr4Si4，未出現(xiàn)游離Si 單質(zhì)相；而6082 合金中Si 元素過剩較多，存在大量的游離單質(zhì)Si相；另外，6005A和6063合金中也存在較少的游離單質(zhì)Si相。

圖1 不同合金鑄錠主要相組成及析出溫度

表2 不同鋁合金相分布

2.2 顯微組織對比分析

Al-Mg-Si合金的主要強(qiáng)化相為Mg2Si。Al-Mg-Si合金沉淀相的對應(yīng)析出序列主要為：過飽和固溶體（SSS）→團(tuán)簇→GP 區(qū)→亞穩(wěn)β''相→亞穩(wěn)β'相→穩(wěn)定 β 相[3]。圖 2 為 4 種不同 Al-Mg-Si 合金經(jīng)過 T6 處理后的金相顯微組織。從圖中可以看出，6082 合金組織及析出相較為均勻、細(xì)小，無較大的析出相存在，而其它的6005A、6061 和6063 合金均出現(xiàn)較大的析出相，且較為離散和粗大。這其中的原因可能與合金析出相的種類、析出含量和形狀有關(guān)。由析出相晶體幾何分析可知，T6 狀態(tài)的Al-Mg-Si合金析出相主要以針狀相為主[4]。另外從元素上看，6082 合金存在大量的過剩游離Si 相和強(qiáng)化相Mg2Si，并且析出相的含量也是最多的。有研究表明，以6082 合金為例，沿?cái)D壓方向有大量拉長的纖維狀組織，合金中有擠壓所形成的大量位錯(cuò)及位錯(cuò)纏結(jié)，這些位錯(cuò)的存在為時(shí)效處理過程中強(qiáng)化粒子的析出提供了更多有利的形核質(zhì)點(diǎn)[5]。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)初生Mg2Si 粒子會隨固溶處理過程中的固溶進(jìn)入合金基體，為時(shí)效析出細(xì)小、彌散的強(qiáng)化相粒子做了準(zhǔn)備[6]。

圖2 不同Al-Mg-Si合金經(jīng)過T6處理后的金相顯微組織

2.3 力學(xué)性能對比分析

圖3示出了為這4種不同Al-Mg-Si合金經(jīng)過T6處理后的維氏硬度。從圖中可以看出，6082、6005A、6061 和6063 合金的維氏硬度值分別為103.67 HV、 79.51 HV、 93.27 HV 和 76.20 HV，6082 合金的維氏硬度最大，6063 合金的維氏硬度最小。圖4為4種合金經(jīng)過T6處理后的常溫力學(xué)拉伸試驗(yàn)結(jié)果。從圖中可以看出，經(jīng)T6 處理后，6082 合金（1#）的力學(xué)性能較好，其維氏硬度值為103.67 HV，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為269 MPa、298 MPa、13.24%。從鋁合金的強(qiáng)韌化機(jī)理分析來看，時(shí)效強(qiáng)度主要受晶粒細(xì)化、固溶強(qiáng)化以及第二相沉淀彌散強(qiáng)化的影響[6]。而6082鋁合金鑄錠的強(qiáng)度主要受制于合金元素的固溶強(qiáng)化以及第二相的沉淀彌散強(qiáng)化共同作用，彌散強(qiáng)化與第二相的形態(tài)、大小、數(shù)量和分布有關(guān)，當(dāng)?shù)诙喑始?xì)小均勻等軸狀分布時(shí)，強(qiáng)化效果較好。

圖3 合金硬度對比

圖4 合金力學(xué)性能對比

3 結(jié)論

（1） 對比 6082、6005A、6061、6063 這 4 種車身合金，發(fā)現(xiàn)其主要相由α-Al、Mg2Si、Al5Cu2Mg8Si6、Al13Cr4Si4組成，部分合金含有單質(zhì)Si、Al7Cu2Mg、AlFeSi相等。

（2）室溫下的6082、6005A、6061 及6063 合金中Mg2Si 強(qiáng)化相的含量和開始析出溫度分別為0.85% 、 0.57% 、 1.29% 、 0.76% 和 532.1 ℃ 、529.9 ℃、543.5 ℃、519.5 ℃。

（3）通過T6處理對比，在這4種Al-Mg-Si合金中6082 合金的組織和力學(xué)性能較好，維氏硬度值為103.67 HV，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為269 MPa、298 MPa和13.24%。