韓啟強(qiáng)，董軍賀，何 強(qiáng)，王 爽，付學(xué)丹

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽(yáng) 111003)

6000系鋁合金具有良好的比強(qiáng)度及加工特性，還有良好的熱塑性、優(yōu)良的耐蝕性及理想的綜合力學(xué)性能，而且很易氧化著色，因此在汽車、建筑等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用[1-3]。據(jù)研究表明，以鋁合金來(lái)代替鋼板至少可以減輕汽車重量的47%[4]，汽車重量每降低10%就可以減少5.5%的燃油消耗，當(dāng)今對(duì)低碳節(jié)能環(huán)保越來(lái)越重視，減重是汽車行業(yè)至關(guān)重要的發(fā)展方向[5-6]。但是在輕量化的同時(shí)，如何確保材料力學(xué)性能滿足汽車行業(yè)的要求，對(duì)鋁合金而言，熱處理強(qiáng)化是有效手段之一。

6008鋁合金具有良好的擠壓加工性能，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄壁且中空的各種型材都有良好的擠壓成形性能[7-8]，因此被歐洲鋁業(yè)協(xié)會(huì)確定為“車體型材合金”。目前，對(duì)6008鋁合金的研究報(bào)道較少，對(duì)其擠壓型材熱處理工藝的研究報(bào)道則更少。一般認(rèn)為，合金在時(shí)效的過(guò)程中，時(shí)效溫度與時(shí)效時(shí)間會(huì)影響析出的脫溶產(chǎn)物，6000系列鋁合金達(dá)到最佳的強(qiáng)化效果時(shí)析出大量的β″相；但是，隨著溫度升高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，β″相會(huì)向β′相轉(zhuǎn)變，合金的強(qiáng)度緩慢增加后呈下降趨勢(shì)[9-10]。本文研究不同時(shí)效工藝對(duì)6008汽車用鋁合金擠壓型材組織和力學(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料為壁厚3 mm的小斷面6008鋁合金型材，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。采用擠壓及在線水冷淬火工藝制備，工藝參數(shù)見(jiàn)表2。采用175 ℃和200 ℃兩種時(shí)效溫度進(jìn)行時(shí)效，試驗(yàn)方案為：型材擠壓完成后，在175 ℃下分別保溫1、3、5、6、7、9、10、11、13、15、18、21和24 h；200 ℃下分別保溫0.5、1、1.5、2、3、4、5、7、9、11和13 h。

對(duì)不同時(shí)效狀態(tài)的鋁合金型材沿?cái)D壓方向截取標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，采用AG-X100 KN電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，拉伸速率為18 N/(mm2·s)；采用蔡司AX10型光學(xué)顯微鏡對(duì)試樣進(jìn)行顯微組織觀察；采用SSX-550掃描電鏡對(duì)析出相進(jìn)行觀察。

表1 6008鋁合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition of 6008 aluminum alloy(mass fraction，%)

表2 6008鋁合金擠壓工藝參數(shù)Table 2 Extrusion process parameters of 6008 aluminum alloy

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)性能

圖1為175 ℃時(shí)效溫度下6008鋁合金型材力學(xué)性能隨時(shí)效時(shí)間的變化趨勢(shì)圖?？梢钥闯?，隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，型材的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均先迅速增加后緩慢降低，斷后伸長(zhǎng)率先迅速降低后趨于平穩(wěn)。當(dāng)時(shí)效時(shí)間為8 h時(shí)，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度達(dá)到最大值，斷后伸長(zhǎng)率降至最低值，Rm=304 MPa，RP0.2=288 MPa，A=13%；當(dāng)時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)至10 h時(shí)，型材的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度幾乎不變，斷后伸長(zhǎng)率稍有上升；隨著時(shí)效時(shí)間繼續(xù)增加，型材屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度開(kāi)始下降，斷后伸長(zhǎng)率基本保持不變。

圖2為200 ℃時(shí)效溫度下6008鋁合金型材力學(xué)性能隨時(shí)效時(shí)間的變化趨勢(shì)圖?？梢钥闯?，隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，型材的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度先迅速增加后緩慢降低，斷后伸長(zhǎng)率先迅速降低后趨于平穩(wěn)。與175 ℃時(shí)效溫度相比，型材的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度最大值相對(duì)較低，Rm=287 MPa，RP0.2=273 MPa。

圖1 175 ℃時(shí)效保溫不同時(shí)間后型材力學(xué)性能Fig.1 Mechanical properties of profiles with different aging time at 175 ℃

圖2 200 ℃時(shí)效保溫不同時(shí)間后型材力學(xué)性能Fig.2 Mechanical properties of profiles with different aging time at 200 ℃

一般認(rèn)為含有少量Cu或者過(guò)剩Si的鋁合金，其主要析出序列為：SSSS(過(guò)飽和固溶體)→偏聚原子團(tuán)/GP區(qū)→亞穩(wěn)的β″相→亞穩(wěn)的β'+U1+U2→平衡β+Q相[11-12]，其中團(tuán)簇和GP區(qū)都是球形的，并在時(shí)效的過(guò)程中作為β″相的形核位置[13]。在時(shí)效初期，由于偏聚原子團(tuán)和GP區(qū)的形成，使合金強(qiáng)度迅速增加；隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，β″相以GP區(qū)作為形核位置，形成大量的β″相，強(qiáng)度達(dá)到最大值；繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)效時(shí)間，在一段時(shí)間內(nèi)強(qiáng)度處于平穩(wěn)狀態(tài)，這是由于盡管亞穩(wěn)β′相正在析出，但亞穩(wěn)β″相仍處于主導(dǎo)地位[14]；但隨著時(shí)效時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，β′相從基體中大量析出占據(jù)主導(dǎo)地位，使合金強(qiáng)度下降。因此強(qiáng)度呈現(xiàn)先快速升高后緩慢降低的趨勢(shì)。

2.2 低倍組織

圖3為不同時(shí)效工藝下型材的低倍組織?？梢钥闯觯瑫r(shí)效后析出的強(qiáng)化相均勻分布在基體中，時(shí)效時(shí)間從4 h延長(zhǎng)到8 h時(shí)析出相逐漸增多，時(shí)效時(shí)間為12 h時(shí)析出相的增加逐漸放緩，并且有聚集長(zhǎng)大的趨勢(shì)。這是由于時(shí)效初期的析出相主要以GP區(qū)為主，GP區(qū)的大量析出使強(qiáng)度迅速提升；隨著時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，析出相逐漸向β″相轉(zhuǎn)變，β″相是合金強(qiáng)化的主要相，因而強(qiáng)度達(dá)到最大值；時(shí)效時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)會(huì)發(fā)生過(guò)時(shí)效，過(guò)時(shí)效過(guò)程中析出相發(fā)生粗化，析出相之間的距離和析出相尺寸逐漸增大[15]，使強(qiáng)度降低，這與圖1、圖2的力學(xué)性能變化趨勢(shì)相符。

(a) 175 ℃×4 h；(b) 175 ℃×8 h；(c) 175 ℃×16 h圖3 不同時(shí)效工藝下型材的低倍組織Fig.3 Macrostructure of profile under different aging processes

2.3 顯微組織

圖4為不同時(shí)效工藝下型材的顯微組織。由圖4(a)可知，組織中析出相分布較為均勻，在晶界上未完全析出，析出相析出沒(méi)有達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；圖4(b)中析出相大多在晶界上，晶界內(nèi)部析出較少，晶界上的析出相能有效阻止拉伸過(guò)程中裂紋源的產(chǎn)生；圖4(c)中析出相聚集長(zhǎng)大，粗大的析出相在拉伸過(guò)程中易成為裂紋源，導(dǎo)致力學(xué)性能下降。

(a) 175 ℃×4 h；(b) 175 ℃×8 h；(c) 175 ℃×16 h圖4 不同時(shí)效工藝下型材的顯微組織Fig.4 Microstructure of profile under different aging processes

3 結(jié)論

1)在相同的時(shí)效溫度下，隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，型材的強(qiáng)度先快速增加后緩慢降低，在175 ℃×8 h和200 ℃×3 h時(shí)效制度下強(qiáng)度達(dá)到最大值時(shí)，屈服強(qiáng)度分別為288 MPa和273 MPa，抗拉強(qiáng)度分別為304 MPa和287 MPa。

2)隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，時(shí)效析出相先快速增多，后增速減緩。時(shí)效初期的析出相主要以GP區(qū)為主，型材強(qiáng)度增加；隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，析出相逐漸向β″相轉(zhuǎn)變，此時(shí)析出相呈現(xiàn)包晶狀態(tài)，型材強(qiáng)度達(dá)到最大值；繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)效時(shí)間，發(fā)生過(guò)時(shí)效，析出相發(fā)生粗化，析出相之間的距離和析出相的尺寸逐漸增大，型材強(qiáng)度下降。