铝合金双筒带隔筋挤压件成形工艺研究

巩全军，曹春鹏，林海年，于龙，张利东

（1．南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛266111；

2．东北轻合金有限责任公司，黑龙江哈尔滨150060）

摘要：6005A铝合金型材在挤压过程中因再结晶产生的粗晶层对型材性能产生不利影响，为此，在相同的工艺条件下，试验研究调整合金成分对6005A铝合金型材粗晶层的影响，以便控制粗晶层厚度，进一步提升6005A铝合金型材的综合性能和提高产品的合格率。

关键词：6005A铝合金；粗晶层；合金成分；综合性能

  6005A铝合金由于具有优良的挤压性、焊接性、耐蚀性及中等的强度，可挤压出断面形状复杂的宽扁薄壁空心型材，并能在挤压机上实现在线风冷或水雾冷淬火，因此广泛应用于轨道交通车辆的制造中。

  铝合金挤压制品产生粗晶环的根本原因是再结晶所致。对铝合金挤压棒材来说，外层很容易发生再结晶，使晶粒长大，又因为外层金属在挤压过程的末期呈复杂的紊流状态，并且制品由前端向后端变形程度越来越大，外层金属变形不均匀，因而再结晶温度也不均匀，使晶粒越往后端越粗大。本试验是在不同合金成分配比下，采用相同挤压工艺，观察6005A铝合金挤压型材粗晶层及其相关组织、性能的变化，确定合金成分的合理配比，确保产品的质量。

1  试验方法

试验中制取最大壁厚为5 mm的6005A铝合金复杂大断面挤压型材，化学成分符合国标GB/T3190 - 2008的要求，具体成分见表1。锭坯采用半连续铸造方法生产，并采用双级均匀化处理制度以消除铸锭晶内偏析，使成分更加均匀。采用90 MN挤压机进行挤压，锭坯加热温度5100C—530qC，挤压筒温度420℃~ 460℃，挤压速度(2.0+0.5)m/min，挤压模出口制品温度不低于520℃，采用风冷进行挤压在线淬火并在冷床进行冷却。型材定尺后采用175℃8h的时效制度进行时效处理。

2   试验结果及分析

6005A铝合金主要强化相是Mg2 Si，Mg2 Si中w( Mg)/w( Si)为1.73。6005A铝合金成分中w( Mg)/w( Si)的比值小于1.73，故基体巾还存在一定量的过剩Si，过剩Si有利于合金的强化。通常为降低合金的挤压抗力，满足提高速度的要求，需降低Mg：Si的含量，造成的强度损失通过过剩Si来弥补。本试验中1#试验料的Mg2 Si含量比2#试验料的要多，在相同挤压工艺条件下观察两种试验料的挤压力变化曲线如图1。由图1可以看出，1#试验料的突破挤压力值为27.5 MPa，比2#试验料的低0.5 MPa左右，随着挤压的进行，两种试验料的挤压力逐渐降低，且两者的挤压力在始终保持一定差值(0.6 MPa左右)的情况下稳步下降。试验证明两种试验料的挤压力差别不大，Mg2 Si含量的少量增加并未对1#试验料的挤压抗力产生较大影响。

通过观察低倍试样可知，在两种试验料型材同一位置截取的试样（参见图2），1#试验料挤压型材平均粗晶层厚度比2#试验料的薄一些，表2列出各个位置粗晶层平均厚度统计数字。结合图3两种试验料头部7mB位置处金相照片亦可证明，即在1#试验料B处粗晶层厚度为474um，而2#试验料B处粗晶层厚度为616um。由图3可以看出型材的基体组织品粒均匀细小，平均晶粒尺寸不大于25 um，晶粒度能够达到8级要求，基体内未发现过烧现象。根据GB/T 3246.1 - 2000标准，两种成分合金的挤压型材晶粒度均合格。Mn、Cr、Zr可使锭坯在均匀化过程中产生弥散的细小金属间化合物质点（约0.1um），有助于在挤压过程中形成细小亚结构并使之稳定，从而提高再结晶温度，抑制再结晶。Cr抑制Mg2Si相在晶界析出，延缓再结晶发生。李炜炜等人指出铬含量增多，Al( MnCr) Si粒子增多，这些粒子钉扎晶界，强烈阻止再结晶发生。合金中的Mn可以加速板条状的G -AIFeSi相向较圆形的a-AIFeSi相的转化，促进Mg2 Si粒子的均匀分布，提高合金的强度、韧性、耐蚀性。现有融合口光滑，胀裂断口形貌显示合格，即采用的挤压工艺是合理的。

对时效热处理后的型材进行力学性能测试，其结果列于表3，并将其性能值与判定标准值进行对比。此次试验的6005A-T6铝合金型材的力学性能均合格。对比这两种成分型材的力学性能发现，在同一时效制度下，1#试验料的抗拉强度、屈服强度比2#试验料的高，但1#的伸长率相对略低一些，参见表3。

3  结论

  6005A铝合金在挤压工艺合理的情况下，其成分在适当范围内增加Mg、Si含量（不超过国际范围）及剩余Si含量，可使铸锭的挤压抗力增加，在挤压力允许的情况下，可增加T6状态型材的综合性能，即型材的粗晶层厚度明显降低，抗拉强度、屈服强度均可升高，但伸长率略降低。