于金鳳，呂懷成，李 慶，初曉東，曲雙燕

（龍口市叢林鋁材有限公司，龍口 265705）

關(guān)鍵字：水冷電機(jī)殼；6063合金

0 前言

6063 鋁合金屬于中等強(qiáng)度的Al-Mg-Si 系合金，具有良好的擠壓性能、耐腐蝕性能、焊接性能和氧化著色性能等，已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)電型材、管材、棒材、陽(yáng)極氧化型材以及汽車型材等領(lǐng)域[1]。導(dǎo)電類型材、管材、棒材要求在保證力學(xué)性能的前提下，達(dá)到導(dǎo)電率的要求，成衛(wèi)兵[2]等人進(jìn)行了導(dǎo)電率與力學(xué)性能的匹配研究。陽(yáng)極氧化型材追求高表面質(zhì)量要求，張鵬[3]等人研究了6063鋁合金表面質(zhì)量提升方法。隨著新能源汽車的發(fā)展，汽車客戶對(duì)6063 合金型材的力學(xué)性能提出了更高的要求[4]。水冷電機(jī)殼型材缸體部分采用一體式擠壓成型，型材基體力學(xué)性能要求高于標(biāo)準(zhǔn)要求，為生產(chǎn)出滿足客戶要求的產(chǎn)品，開展了合金成分配比、在線淬火和擠壓試驗(yàn)。

1 型材生產(chǎn)及試驗(yàn)方法

1.1 鑄錠生產(chǎn)

采用半連續(xù)鑄造生產(chǎn)φ440 mm 規(guī)格的6063合金鑄錠，其合金成分范圍見表1。將6063合金設(shè)計(jì)成6063-1 和6063-2 兩組成分。6063-1 合金Mg2Si的含量為0.88%，過剩Si 的含量為0.08%；6063-2合金Mg2Si的含量為1.1%，過剩Si的含量為0.06%。

表1 6063化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

因水冷電機(jī)殼型材的力學(xué)性能指標(biāo)高于國(guó)標(biāo)要求，故開展兩種成分試驗(yàn)。對(duì)鑄錠進(jìn)行560 ℃保溫8 h 均勻化處理，均勻化溫度范圍控制在±5 ℃以內(nèi)，鑄錠車皮至φ430 mm。

1.2 擠壓工藝

6063 合金的淬火敏感性較低，一般生產(chǎn)采用風(fēng)冷淬火即可滿足要求。考慮到型材的高性能要求，在70 MN擠壓機(jī)上采用風(fēng)冷和風(fēng)霧冷卻兩種淬火方式進(jìn)行生產(chǎn)，擠壓工藝參數(shù)見表2。擠壓后的型材在175 ℃下進(jìn)行8 h的時(shí)效處理。

1.3 拉伸試驗(yàn)

不同化學(xué)成分、不同淬火方式的型材按照GB/T 16865—2013《變形鋁、鎂及其合金加工制品拉伸試驗(yàn)用試樣及方法》標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行試驗(yàn)加工，力學(xué)性能要求見表3。

1.4 低倍脹裂

按照GB/T 3246.2 《變形鋁及鋁合金制品組織檢驗(yàn)方法第2 部分低倍組織檢驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)型材的頭、尾兩端進(jìn)行低倍檢測(cè)，按標(biāo)準(zhǔn)要求型材的擠壓焊縫不應(yīng)存在焊合不良現(xiàn)象。且按照GB/T 32790 《鋁及鋁合金擠壓焊縫焊合性能檢驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)水道位置進(jìn)行擴(kuò)口檢測(cè)，若焊縫斷口呈光滑平直狀形貌或呈光滑平直狀斷口與纖維狀斷口和（或）剪切唇狀斷口共存的形貌，則判定焊合性能不合格。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 力學(xué)性能

首先針對(duì)6063-1 和6063-2 合金開展試驗(yàn)，分別使用兩種合金鑄棒擠壓成電機(jī)殼，均采用在線風(fēng)冷淬火方式，對(duì)水道內(nèi)側(cè)進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，各位置共12個(gè)試樣，結(jié)果見圖1。試樣力學(xué)性能平均結(jié)果見表4。

圖1 合金型材風(fēng)冷淬火水道內(nèi)側(cè)各位置力學(xué)性能

表4 6063-1和6063-2合金型材風(fēng)冷淬火力學(xué)性能平均值

6063-1 合金生產(chǎn)的型材抗拉強(qiáng)度在221～258 MPa 之間，屈服強(qiáng)度在174～237 MPa 之間，斷后伸長(zhǎng)率在8%～18%之間，平均抗拉強(qiáng)度為239.5 MPa，平均屈服強(qiáng)度為209 MPa，平均斷后伸長(zhǎng)率為12%。6063-2合金生產(chǎn)的型材抗拉強(qiáng)度在245～269 MPa之間，屈服強(qiáng)度在211～247 MPa之間，斷后伸長(zhǎng)率在6.5%～14.5%之間，平均抗拉強(qiáng)度為258 MPa，平均屈服強(qiáng)度為229 MPa，平均斷后伸長(zhǎng)率為10%。工業(yè)生產(chǎn)情況下型材的不同位置隨著擠壓變形程度的不同、冷卻強(qiáng)度的不同以及檢測(cè)誤差，其力學(xué)性能會(huì)存在一定的差異。6063-1 合金的力學(xué)性能存在不滿足客戶要求的情況，6063-2的力學(xué)性能明顯優(yōu)于6063-1。

下面針對(duì)6063-2 合金進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)其水道內(nèi)側(cè)和實(shí)心典型位置分別在風(fēng)冷和風(fēng)霧冷卻下的力學(xué)性能。在5個(gè)典型位置選取試樣，風(fēng)冷淬火條件下的力學(xué)性能見圖2 和圖3，風(fēng)霧淬火條件下的力學(xué)性能見圖4和圖5。

圖2 6063-2合金型材風(fēng)冷淬火水道內(nèi)側(cè)典型位置力學(xué)性能

圖3 6063-2合金型材風(fēng)冷淬火實(shí)心典型位置力學(xué)性能

圖4 6063-2合金型材風(fēng)霧淬火水道內(nèi)側(cè)典型位置力學(xué)性能

圖5 6063-2合金型材風(fēng)霧淬火實(shí)心典型位置力學(xué)性能

圖6 兩種合金型材的顯微組織

風(fēng)冷淬火條件下，水道內(nèi)側(cè)抗拉強(qiáng)度在254～274 MPa之間，屈服強(qiáng)度在225～250 MPa之間，斷后伸長(zhǎng)率在9%～12.5%之間，平均抗拉強(qiáng)度為266 MPa，平均屈服強(qiáng)度為241 MPa，平均斷后伸長(zhǎng)率為11%；實(shí)心位置抗拉強(qiáng)度在252～267 MPa 之間，屈服強(qiáng)度在215～242 MPa 之間，斷后伸長(zhǎng)率在7.5%～11%之間，平均抗拉強(qiáng)度為253 MPa，平均屈服強(qiáng)度為224 MPa，平均斷后伸長(zhǎng)率為9%。

風(fēng)霧淬火條件下，水道內(nèi)側(cè)抗拉強(qiáng)度在261～267 MPa之間，屈服強(qiáng)度在243～251 MPa之間，斷后伸長(zhǎng)率在12%～12.5%之間，平均抗拉強(qiáng)度為264 MPa，平均屈服強(qiáng)度為246 MPa，平均斷后伸長(zhǎng)率為12%；實(shí)心位置抗拉強(qiáng)度在259～266 MPa之間，屈服強(qiáng)度在237～245 MPa 之間，斷后伸長(zhǎng)率在9.5%～11%之間，平均抗拉強(qiáng)度為263 MPa，平均屈服強(qiáng)度為243 MPa，平均斷后伸長(zhǎng)率為10%。

最后，針對(duì)6063-2 合金型材水冷和風(fēng)霧冷卻進(jìn)行性能對(duì)比，取5個(gè)平行試樣的平均值，結(jié)果見表5。風(fēng)冷和風(fēng)霧淬火條件下，水道內(nèi)側(cè)的力學(xué)性能沒有明顯差異，實(shí)心位置風(fēng)冷淬火條件下性能略低，但均滿足客戶的要求。

表5 6063-2合金型材風(fēng)冷和風(fēng)霧淬火性能結(jié)果

2.2 顯微組織

6063-1 和6063-2 合金型材的顯微組織見6，兩種型材的顯微組織均為完全再結(jié)晶組織，晶粒級(jí)別指數(shù)3～3.5級(jí)。

2.3 低倍脹裂

對(duì)水冷電機(jī)殼型材的頭、尾兩端進(jìn)行低倍檢測(cè)，不存在焊合不良現(xiàn)象，且低倍脹裂合格，如圖7所示。若存在低倍不良或脹裂不合格情況，對(duì)型材進(jìn)行返截。低倍、焊合質(zhì)量的好壞主要取決于模具結(jié)構(gòu)。另外，擠壓生產(chǎn)中高溫低速的擠壓方式有助于焊合。

圖7 型材低倍脹裂

3 分析與討論

6063 合金屬于Al-Mg-Si 系合金，主要強(qiáng)化相為Mg2Si 相，其強(qiáng)化能力與在固態(tài)鋁中的溶解度有關(guān)，而Mg2Si 的溶解度不僅與溫度有關(guān)，而且還與Mg 含量有關(guān)。當(dāng)Mg、Si 元素的質(zhì)量比大于1.73時(shí)，除形成Mg2Si 外，還存在過剩Mg。過剩Mg 的存在會(huì)顯著降低Mg2Si 在固態(tài)中的溶解度，造成粗大強(qiáng)化相從鋁基體中析出，嚴(yán)重減弱Mg2Si 對(duì)鋁合金材料強(qiáng)化的作用[5]；因此本實(shí)驗(yàn)中的6063-1 和6063-2 合金均采用Si 過剩的方式，對(duì)比不同Mg2Si含量下的性能。

6063 合金擠壓型材的晶粒均為完全再結(jié)晶晶粒，且晶粒度相當(dāng)，細(xì)晶強(qiáng)化的效果相當(dāng)。力學(xué)性能的提高主要依靠固溶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化。鑒于水冷電機(jī)殼型材的復(fù)雜性，擠壓速度慢，需要采用高棒溫保證型材的出口溫度，結(jié)合風(fēng)冷或風(fēng)霧淬火方式，保證型材的固溶強(qiáng)化效果[6-7]。在同樣風(fēng)冷淬火的條件下，6063-2 合金型材的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度比6063-1 合金高20 MPa，斷后伸長(zhǎng)率略低。對(duì)6063-2 合金型材采用在線風(fēng)冷的淬火方式，水道內(nèi)側(cè)和實(shí)心位置的力學(xué)性能均滿足客戶的要求，水道內(nèi)側(cè)的強(qiáng)度明顯高于實(shí)心位置；開展風(fēng)霧冷卻，風(fēng)霧淬火條件下，水道內(nèi)側(cè)和實(shí)心位置的力學(xué)性能沒有明顯差異，均滿足客戶的要求?？紤]到工業(yè)生產(chǎn)情況下，氣溫的變化會(huì)對(duì)風(fēng)冷淬火效率產(chǎn)生較大影響，在夏季生產(chǎn)建議采用風(fēng)霧淬火方式。

4 結(jié)論

6063 合金含1.1%的Mg2Si，Si 稍微過剩，采用高溫低速的擠壓工藝，在線風(fēng)冷或風(fēng)霧冷卻的方式，可保證水冷電機(jī)殼型材的力學(xué)性能滿足客戶要求?？紤]到工業(yè)生產(chǎn)中，氣溫的變化對(duì)淬火效果的影響，夏季建議采用風(fēng)霧淬火方式。