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[汽车铝合金] 汽车用6A82铝合金挤压棒材生产工艺研究

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发表于 2020-6-12 09:43:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
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汽车用6A82铝合金挤压棒材生产工艺研究

杨纯梅,王 燕

(西南铝业(集团)有限责任公司,重庆401326)

【中国汽车材料网】摘要:介绍了一种汽车用铝合金挤压棒材的生产工艺,即在6082铝合金基础上对化学成分进行优化设计,通过合理控制杂质Fe含量和适当提高Cu含量,获得6A82铝合金。通过对不同挤压工艺、固溶温度、时效工艺对6A82铝合金组织、性能的影响研究,形成了生产可行的6A82铝合金挤压和热处理工艺,满足了用户的使用要求。
关键词:6A82铝合金;化学成分;挤压温度;粗晶环;固溶温度;时效工艺

0 前言
随着世界经济的逐渐复苏,国内外汽车销量逐渐回升,汽车用铝材的需求也在猛增。以镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si 相为强化相的6××× 系铝合金,属于热处理可强化铝合金。合金具有中等强度,耐蚀性高,无应力腐蚀破裂倾向,焊接性能良好,成型性和工艺性能良好等优点[1]。其中以6082铝合金为例,在汽车上得到广泛的应用,特别是在汽车底盘控制臂上的应用。
然而,随着用户对产品品质的要求不断提高,现行的6082铝合金强度已不能满足用户的要求,即要求棒材抗拉强度≥400MPa,粗晶环≤3mm。为此,我们在6082铝合金基础上进行了优化设计,通过添加0.4%~0.5%的Cu 含量,适当控制Fe和Mn含量,改良后铝合金牌号为6A82。经对该铝合金铝棒挤压工艺的研究,确定了批量生产可行的专用生产工艺,满足了用户提出的各项指标要求,继续领跑汽车用铝棒市场。

1 试验过程
1.1 试验用料
试验选取6A82铝合金直径为162mm的均热铸锭,其中铸锭成分如表1所示。
表1 6A82铝合金化学成分(质量分数/%)




1.2 试验方案
将铸锭温度分别选取为480℃、500℃、520℃、540℃,挤压筒温为460℃,挤出φ 35mm的棒材,然后在540℃下进行固溶处理,固溶保温60min,时效工艺为175℃/8h。分析不同挤压温度对棒材组织、性能的影响。
在同一根棒材上连续切取性能试样,固溶保温时间60min,时效工艺:175℃/8h。固溶温度分别选取470℃、480℃、490℃、500℃、510℃、520℃、530℃、540℃,通过不同固溶温度的试验,研究不同固溶温度对6A82铝合金棒材性能的影响;同时,在同一根挤压棒材上取样,分别将其加热到540℃、550℃、560℃、570℃,固溶保温60min,观察其金相组织,通过观察、分析不同固溶温度对6A82棒材组织、性能的影响,确定合理的固溶制度。
选取φ 35mm的棒材,在540℃下进行固溶处理60min。选取220℃/3h、200℃/6h、190℃/6h、175℃/8h、160℃/8h 共计5组不同的时效工艺,研究不同时效工艺对6A82铝合金棒材力学性能的影响,以此确定最佳的时效工艺。

2 试验数据分析
2.1 挤压温度对6A82铝合金组织性能的影响
在前期的研究过程中,得出6A82铝合金铸锭均热后的过烧温度大约在590℃。据资料介绍,为使6×××系铝合金中的镁和硅全部固溶于铝中,所挤材料的出口温度应≥500℃,但不能≥550℃,否则材料的表面品质下降[2]。因此开展了在480℃、500℃、520℃、540℃四组不同的铸锭温度下挤压、热处理后的棒材组织、性能检测分析。检测结果如表2所示。
表2 挤压温度对力学性能的影响



在挤压温度为480~540℃时,6A82铝合金均具有较好的可挤压性。从表2中的试验数据可以看出,随挤压温度的升高,6A82铝合金的抗拉强度和屈服强度逐渐升高,延伸率δ略有下降。同时,挤压温度对6A82铝合金的粗晶环深度影响不大,在不同的挤压温度下,均能满足用户对粗晶环深度≤3mm 的使用要求。这主要是由于6A82铝合金化学成分中添加了少量的Cr 和Ti 元素。相关资料表明,6××× 系铝合金中 添 加0.02%~0.1%Ti 和0.01%~0.2%Cr,可以减少铸锭的柱状晶组织,细化制品的晶粒[1]。同时,该合金中含有少量的Fe(小于0.4%)时对力学性能没有坏影响,并可以细化晶粒[1]。
2.2 固溶温度对6A82铝合金组织性能的影响
为了研究470~540℃不同固溶温度对6A82棒材性能的影响,进行了相关性能检测,结果如图1所示。

图1 6A82铝合金棒材固溶温度/力学性能曲线图


从图1可以看出,在固溶温度从470℃升至540℃的过程中,6A82铝合金棒材的抗拉强度和屈服强度先是随温度升高快速提高,而当固溶温度达到500℃时,6A82铝合金棒材抗拉强度和屈服强度的提高有所放缓,延伸率略有下降。
通过观察固溶温度为540℃、550℃、560℃、570℃时的金相组织,发现6A82合金中的未溶相随着固溶温度的升高逐渐减少,在固溶处理温度达570℃时,仍可发现有部分未溶相的存在。固溶温度从540℃升至570℃,均未发生过烧现象。
考虑用户的指标要求,在固溶温度为540℃时,力学性能已具有充足的富余量,且延伸呈稳步下滑趋势。同时,结合现有的热处理设备状况,最终将6A82铝合金的固溶温度确定为(540±5)℃。
2.3 时效工艺对6A82铝合金性能的影响
据国内相关研究表明,6082铝合金在160~185℃下时效保温6~10h,可获得较好的力学性能[3-5]。因此开展了时效工艺分别为220℃/3h、200℃/6h、190℃/6h、175℃/8h、160℃/8h 共计5组的6A82铝合金棒材的力学性能试验和测试,其检测结果如图2所示。

图2 不同时效工艺下6A82铝合金棒材力学性能


通过图2可以看出,前2种时效工艺得到的6A82铝合金抗拉强度都在400MPa以下,没能达到用户要求的强度指标,故不能采用。分析其原因主要是因前2种的时效温度达到了200℃以上,这种过时效致使材料内部的析出相开始长大,间距变大,其宏观表现即为材料的强度降低,塑韧性有所提高[6]。后3种时效工艺得到的6A82铝合金抗拉强度都在400MPa 以上,其中在时效工艺为175℃/8h时的强度最高,满足了用户对6A82铝合金力学性能的使用要求,且具有一定的富余量。

3 结论
(1)通过对6A82铝合金挤压工艺的研究,确定了6A82铝合金适宜的挤压工艺,即:挤压温度520~540℃,挤压筒温450~470℃。
(2)通过对6A82铝合金不同固溶工艺的研究,确定了生产可行的固溶温度为(540±5)℃,固溶保温时间根据挤压制品直径或最大壁厚而定。
(3)通过对6A82铝合金时效工艺的研究,确定了最佳的时效工艺为175℃/8h。
按照以上工艺生产的6A82棒材满足了用户对抗拉强度≥400MPa、粗晶环≤3mm 的指标要求,为今后的批量生产奠定了坚实的技术基础。


参考文献
[1]肖亚庆,谢水生,刘静安,等.铝加工技术实用手册[M].北京:冶金工业出版社,2005:165-175
[2]王祝堂,田荣璋.铝合金及其加工手册(第二版)[M].长沙:中南大学出版社,2000
[3]邹永恒,陶虹,徐国明,等.6082铝合金热处理工艺参数的研究[J].金属热处理,2007,32(10):71-76
[4]马重立,马一锋.提高6082-T6铝合金扁棒材力学性能的试验研究[J].轻合金加工技术,2010(10):7-23
[5]马彪,刘金辉,谭日纯.6082铝合金型材生产工艺研究[J].有色金属加工,2015,44(2):39-42
[6]王祝堂,田荣璋.铝合金及其加工手册[M].长沙:中南大学出版社,1989




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