挤压速度对6N01铝合金组织和弯曲性能的影响

关键词：挤压速度；6N01 铝合金；显微组织；弯曲性能
中图分类号：TG146.21，TG379
文献标识码：A
文章编号：1005-4898 （2019） 05-0030-04
doi：10.3969/j.issn.1005-4898.2019.05.07
0 前言
6N01 合金属于 Al-Mg-Si 系铝合金，是日本在 上世纪 70 年代为高铁研制的新型铝合金，具有高 强度、优良的焊接性和易成型等优点，广泛应用于 制造高速列车车体主体结构用的复杂截面多孔中空 型材[1-3]。随着轨道交通领域中装备制造业的高速发 展，大量的车体结构件采用 6N01 合金弯曲成型， 因此对挤压型材的弯曲性能提出更高的要求。一般 采用支撑式弯曲法检测铝合金型材的弯曲性能，在 弯曲试验后目测，试样弯曲外表面无可见裂纹则评 定为合格[4]。
1 试验材料及方法
本试验选取 ϕ 485 mm 挤压棒坯，采用半连续 铸 造 生 产 ， 经 550℃ × 13h 均 匀 化 处 理 后 ， 使 用 82MN 油压双动卧式铝挤压机进行试验。大型 6N01 铝合金型材截面见图 1。在型材不同位置取样，金相腐蚀剂采用混合酸 （HF∶HCI∶HNO=2∶3∶5） 溶液，通过 Olympus 光学显微镜、JSM 扫描电镜进 行显微组织和拉伸断口形貌分析。实验合金的平均
晶粒尺寸均采用截线法测量。用 D8 型 X 射线衍射 仪的 Cu 靶材对合金进行物相分析。型材的弯曲试 验按照 EN485 标准的要求进行，如图 2 所示。弯曲 试验后，将型材表面清洗干燥，喷渗透剂和显影 剂，观察型材表面是否产生弯曲，并进行等级判 定，如表 1 所示。
表 1 试验型材弯曲缺陷等级标准
Lc —板材中心张长；Le —板材弯曲外侧弧长
图 2 型材弯曲试验示意图
2 试验结果与分析
2.1 合金的显微组织 图 3 为 6N01 铝合金铸棒均匀化显微组织。铝
锭均匀化处理后，组织呈粗大的等轴晶，晶粒尺寸 约为 198 μm。在晶界和晶内还存在大量二次相， 它们是高熔点金属间化合物。这类相的尺寸较大， 大体分为两类：一是主要分布在晶内，也有少量在 晶界上的颗粒状黑点；二是沿晶界分布，甚至贯穿 两个晶粒的杆状析出物。结合 XRD 图，颗粒状析 出物应该为 Mg2Si 相，杆状析出物是 Al5FeSi 相。
《铝加工》
2019 年第 5 期总第 250 期
技术工程
挤压速度对 6N01 铝合金组织和弯曲性能的影响
马 旭 1，程雪婷 2，肖 栋 1，程仁寨 1，王 丹 1，任伟才 1
（1.山东南山铝业股份有限公司，山东 烟台 265700；2.烟台南山学院，山东 烟台 265700）
摘要：通过 OM、XRD、SM 和弯曲试验等，研究了挤压速度对 6N01 铝合金显微组织和弯曲性能的影响。结果表明：6N01
Inten强sit波y/c／psCPS
1200
1
1000
800 1
600
1
1
AAll
2 Mg2Si
32AMl5gF2eSSi i
3 Al5FeSi
400
1 200
2
0
30
40
1
1
1
1
3
23
2
50
60
70
80
θ2（/q/(°°) ）
（b） XRD 图
图 3 6N01 铝合金均匀化显微组织和 XRD 图
作者简介：马旭 （1976-），男，河南洛阳人，博士，工程师。研究方向：高性能铝合金。 收稿日期：2018-10-31
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马 旭，等：挤压速度对 6N01 铝合金组织和弯曲性能的影响
技术工程
铝合金铸棒均匀化显微组织呈粗大的等轴晶，并有小颗粒状 Mg2Si 相和杆状 Al5FeSi 相析出。随着挤压速度的升高，组织明
显细化，当挤压速度达到 4m/min 时，挤压温度促使再结晶晶粒长大加快，晶粒略大。合金伸长率和弯曲裂纹等级 （Q） 之
间存在正比例关系，延伸率越高，型材弯曲性能就越好。弯曲断裂的断裂类型为沿晶开裂。
弯曲裂纹 等级（Q）
类别
特征
1
无皱纹、橘皮
无皱纹、橘皮现象，表面光洁。
2
轻微皱纹、橘皮 产生轻微皱纹、橘皮等现象，间断、细小。
3
有可见皱纹、橘皮 皱纹、橘皮现象明显，高度≤1mm。
4
有轻微可见裂纹 裂纹长度＞2mm 且≤5mm。
5
有严重裂纹
裂纹长度＞5mm，宽度＞ 0. 5mm。
ϕ —弯曲角；r —弯曲半径；t —板材厚度；
经过多年的研究，6N01 型材在弯曲过程中， 其表面仍经常发现皱纹、橘皮、裂纹等缺陷。避免 型材弯曲过程中的各种缺陷是目前铝合金行业研究 重点问题。多孔分流模挤压技术是一种高效的铝合 金生产工艺，在空心型材加工领域已经得到普遍使 用[5-7]。多孔分流模挤压过程中，焊缝的形成是金属 流动的固态焊合，焊缝质量取决于模具焊合室内的 热力学参数的组合，其中挤压工艺参数的影响起重 要作用[8]。在铝合金挤压过程中，特别是挤压速度 控制金属流动行为，影响挤出型材的质量。挤压速 度低，增大生产成本；如果过高，会造成金属流动
当挤压速度为 1m/min 时，型材组织的晶粒较铸棒
明显细化，通过截线法测量其晶粒平均尺寸为
85.1μm，在大晶粒的晶界处有很多小等轴晶粒。随
着挤压速度的升高，合金组织晶粒细化程度增大且逐
渐均匀化，晶粒平均尺寸为 78.2 μm，见图 3 （b）。
图 4 为不同挤压速度下的 6N01 铝合金显微组
织。在任何一个挤压速度下，合金组织都有明显细
化。挤压变形过程中，合金温度升高，组织的畸变
能增大，在较短的时间产生回复与再结晶，导致晶
粒长大，大量等轴晶沿挤压方向被拉长。挤压速度
不同，晶粒的长大程度和位错密度也不同，致使合
金组织在回复和再结晶阶段中的亚晶粒变化不同。
在焊合室内变形，型材易产生焊合质量差、扭拧、 弯曲等表面缺陷[9-11]。
本文设定挤压温度为 515~535℃，分别以 1、 2、3、4 m/min 的挤压速度在 82MN 挤压机上进行试 验，然后对 6N01 型材组织和弯曲性能变化进行分 析，优化挤压铝合金的挤压工艺参数，为高速列车 用铝合金的性能改善提供参考。