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来源:http://www.wxrsdjszp.com   发表时间:2019-06-22

1.1 6×××系铝合金板的合金元素

6×××系铝合金板的主要合金元素是Mg和Si,添加少量的微合金元素可以提高合金的强度,改善其综合性能。例如添加少量的Cu,可抵消Ti及V对导电性的不良影响;Zr或Ti能细化晶粒和控制再结晶组织;加入Pb与Bi能改善材料的切削性能[15]。

研究表明:在Mg不过剩的前提下,增加Mg含量(质量分数,下同),有利于提高合金的强度,但合金的屈服强度和伸长率随Mg、Si含量的增加而降低,不利于合金的冲压成形。

合金板中含有相当量的Cu和Si,除生成Mg2Si相外,还会形成Cu2Mg8Si6Al5相,该相具有一定的自然时效能力,能显著提高合金强度[18]。当Mn增加时,易形成粗大夹杂相α(AlMnFeSi),降低合金的极限强度。增加Cu含量,会产生更细密的显微组织,增加合金强度。研究了Al-Mg-Si-(Cu)合金在连续升温中的析出行为,证实Cu显著地提高了Al-Mg-Si合金的时效硬化效果和速率。Cu元素对Al-Si-Mg合金淬火特性的影响,结果表明,当Cu含量超过0.57%时,合金形成GP区,经170℃时效30min后,合金中还出现短针状的β″相,加快合金的时效强化过程。

Mg2Si是Al-Mg-Si系合金的主要强化相(β相),其在铝中的极大溶解度为1.85%,500℃时为1.05%,300℃时仅有0.27%[22-23]。6×××系铝合金中Mg含量过剩时,合金的耐蚀性好,但强度与成形性能较差。当Si含量过剩时,合金的强度高,但成形性能及焊接性能较低。在生产实践中难以保持Mg和Si的比例及其他元素的含量,都会对铝合金的性能产生较大的影响。

1.2 6×××系铝合金的织构

铝合金板中的织构可分为变形织构和再结晶织构,表1列出了6×××系铝合金的主要织构成分的密勒指数和欧拉角。对6016铝合金板材冷轧后的织构进行了表征,结果表明越靠近板材中心Brass织构越多,而越靠近板材表面Copper织构越多。对6111铝合金板材在热轧-退火-冷轧等传统轧制工艺过程中的织构进行了表征,结果表明热轧板织构主要由Copper织构、Brass织构和S织构构成,此外还有少量的Goss织构。 ?

对6016铝合金轧制态和热处理后的板材织构研究发现,热轧态织构主要由Brass织构、S织构和Copper织构组成,由于较高的终轧温度,还存在部分再结晶织构R。研究了固溶、时效对轧制织构的影响,结果发现经不同预时效处理后合金中织构的类型基本不变而取向密度发生变化。

对6016铝合金板冷轧织构研究发现冷轧过程中随轧制道次的增加,形成以S织构为主的变形织构,且有在ND上的(112)和(110)面织构和TD上的<111>丝织构。

由上述可知,不同轧制条件和热处理工艺对6×××系铝合金的结构成分有很大影响,然而织构对6×××系铝合金板材的各向异性和力学性能的影响研究较少,特别是织构对合金在冲压成形方面的影响还是空白,还有待进一步的研究和探索。

1.3 6×××系铝合金的力学性能

铝合金作为汽车车身材料,不仅使车身轻量化,而且在同样的冲击条件下比钢的抗冲击载荷能力强,有研究发现铝合金在比钢轻47%的情况下能达到同样的力学性能指标。6×××系合金不但可以通过添加少量多种合金元素来细化晶粒,改变再结晶状态,还可以通过改进热处理工艺和变形条件获得良好的综合性能[20]。

新型6×××系铝合金经560℃1h固溶、水淬+180℃8h人工时效后,抗拉强度为401N/mm2,屈服强度为356N/mm2,伸长率为17%[31]。通过试验和有限元数值模拟对比了不同时效处理状态的6016铝合金的性能,结果发现完全人工时效处理的6016铝合金的冲压综合性能更好。对不同牌号的6×××系铝合金组织与性能研究发现不同的热处理对材料的力学性能有很大的影响,采用合适的热处理方案可使材料的综合力学性能明显提高。此外,温成形也可大幅提高6×××系铝合金的冲压成形性能。通过AA6016铝合金的温拉深实验,发现在175℃时,拉深高度比常温下提高了30%。AA6111-T4铝合金在温变形条件下总伸长率提升了25%。温变形对6061铝合金力学性能的影响,结果表明在160℃~230℃范围内,随着成形温度的上升,材料的硬度增强。研究6061-T6铝合金板材温热状态下的力学性能参数,发现在400℃时n值比室温下降低了66.7%,而三个方向r值随温度变化不明显,表明沿板材的斜向轧制方向的拉延与深冲性能较好,而垂直于轧制方向的成形性则较差。

表征铝板材成形性和力学性能的主要指标有:应变硬化指数n、厚向异性系数r、屈服强度、抗拉强度和伸长率等。表2总结了常见的6×××系铝合金在不同热处理状态下的力学性能,为了方便比较,同时也列出了冷轧钢板的力学性能,表中ST表示固溶处理(Solutiontreatment),PA表示峰值时效(Peakaging),CR表示冷轧(Coldrolling)。可以看出,不同的热处理方式可使6×××系铝合金的屈服强度和抗拉强度接近甚至超过冷轧钢板,但厚向异性系数r却远低于冷轧钢板的。因此,6×××系铝合金板材与钢板相比,成形性、刚度和抗凹陷性都较低,容易发生回弹、起皱和表面损伤,影响表面质量。

由此可见,要扩大6×××系铝合金板材的实际应用,还需进一步提高板材的成形性能指标,即厚向异性系数r值。目前,对6×××系铝合金板材厚向异性系数r值的主要影响因素及其改善措施的研究尚不完善。




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