長時效對6005A鋁合金性能的影響

曲鳳嬌，吳海旭，韓 超，靜 宇，楊 麗，田曉龍

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽 111003)

近年來，我國城市軌道交通工程建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展期，軌道交通車輛需求也越來越大[1-2]，高速、安全、節(jié)能、舒適、環(huán)保已成為現(xiàn)代化軌道交通面臨的重要課題，輕量化成為重要途徑[3]。使用鋁制車身是實(shí)現(xiàn)地鐵列車、輕軌列車、高速列車等軌道交通車輛高速化、輕量化、現(xiàn)代化的主要途徑[4]。6005A鋁合金具有優(yōu)良的擠壓性、焊接性、耐蝕性及中等強(qiáng)度，已被廣泛應(yīng)用于軌道交通車輛的制造中[5-7]。

本文利用多功能硬度計、電子萬能拉力試驗(yàn)機(jī)等試驗(yàn)手段，研究6005A-T6鋁合金在不同長時效制度下的合金硬度、彎曲和力學(xué)性能變化趨勢，為提高6005A鋁合金的綜合性能提供實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用參考。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為6005A鋁合金，熱處理狀態(tài)為T6，試樣厚度分別為3.5 mm和20 mm。試樣室溫下的理化性能見表1(其中，布氏硬度為測量3點(diǎn)的平均值，拉伸性能為測量3根試樣的平均值)，合金成分如表2所示。

1.2 試驗(yàn)方法

將厚度為3.5 mm和20 mm的試樣進(jìn)行時效處理，時效制度見表3。待冷卻至室溫后，利用OMNITEST型多功能硬度計進(jìn)行布氏硬度測試(1個硬度試樣測量三點(diǎn)，其中3.5 mm厚試樣的硬度試驗(yàn)參數(shù)為HBW1/10，20 mm厚試樣的硬度試驗(yàn)參數(shù)為HBW2.5/62.5)；選擇AG-X250KN電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行彎曲性能測試(每個厚度選1根試樣)；利用AG-X 100KNH電子萬能試驗(yàn)機(jī)及0.5級全自動引伸計進(jìn)行拉伸性能測試(每個厚度選3根試樣)。

表1 試樣理化性能

表2 試樣化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表3 時效制度

2 結(jié)果與討論

試樣在不同長時效制度下的硬度、彎曲及拉伸性能試驗(yàn)結(jié)果，如表4所示，硬度和拉伸試驗(yàn)結(jié)果為每組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值。圖1為不同厚度6005A-T6鋁合金硬度與長時效制度的關(guān)系，圖2為部分彎曲試驗(yàn)結(jié)果，圖3、圖4分別為3.5和20 mm厚度試樣的拉伸性能與長時效制度的關(guān)系。

表4 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 硬度試驗(yàn)

由表4和圖1可以看出，厚度為3.5 mm的試樣，隨著時效溫度和保溫時間的增加至200 ℃×4 h時，其硬度略有降低，但變化并不明顯。然而，當(dāng)長時效制度由200 ℃×4 h變?yōu)?00 ℃×1 h時，試樣硬度陡降超過30%，但隨著時效溫度和保溫時間的升高和延長，試樣硬度呈線性下降趨勢。20 mm厚試樣硬度變化趨勢與3.5 mm厚試樣基本相同。

2.2 彎曲試驗(yàn)

從表4和圖2可知，3.5 mm和20 mm厚度試樣在不同長時效制度下的彎曲試驗(yàn)結(jié)果全部合格，這說明長時效制度對不同厚度的6005A-T6鋁合金彎曲性能影響并不明顯。

圖1 不同厚度6005A-T6鋁合金硬度與長時效制度的關(guān)系

(a)3.5 mm厚，100 ℃×2 h；(b)3.5 mm厚，200 ℃×2 h；(c)3.5 mm厚，300 ℃×2 h；(d)3.5 mm厚，400 ℃×2 h；(e)20 mm厚，100 ℃×2 h；(f)20 mm厚，200 ℃×2 h；(g)20 mm厚，300 ℃×2 h；(h)20 mm厚，400 ℃×2 h

2.3 拉伸試驗(yàn)

由表4和圖3可知，3.5 mm厚6005A-T6鋁合金試樣，長時效制度從100 ℃×2 h開始，隨著時效溫度和保溫時間增加至200 ℃×4 h時，試樣的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度略有降低，下降幅度并不明顯，斷后伸長率在此區(qū)間變化也不明顯。當(dāng)長時效制度由200 ℃×4 h變?yōu)?00 ℃×1 h時，屈服強(qiáng)度急降約50%，抗拉強(qiáng)度急降約40%，但斷后伸長率則升高約25%。隨著時效溫度和保溫時間繼續(xù)升高和延長，試樣的屈服和抗拉強(qiáng)度呈線性下降趨勢，斷后伸長率呈上升趨勢。20 mm厚6005A-T6鋁合金試樣拉伸性能與長時效制度具有相同的關(guān)系變化趨勢。

圖3 3.5 mm厚度試樣力學(xué)性能與時效制度的關(guān)系

圖4 20 mm厚度試樣力學(xué)性能與時效制度的關(guān)系

3 結(jié)論

1)6005A-T6鋁合金在100 ℃×2 h、200 ℃×4 h時效制度范圍內(nèi)，硬度變化并不明顯；當(dāng)長時效制度由200 ℃×4 h變?yōu)?00 ℃×1 h時，合金硬度下降超過30%，隨著時效溫度和保溫時間進(jìn)一步升高和延長，合金硬度呈線性下降趨勢；

2)長時效制度對6005A-T6鋁合金彎曲性能并無明顯影響；

3)6005A-T6鋁合金在100 ℃×2 h、200 ℃×4 h時效制度范圍內(nèi)，拉伸性能變化并不明顯；當(dāng)長時效制度由200 ℃×4 h變?yōu)?00 ℃×1 h時，合金的屈服和抗拉強(qiáng)度急降約40%～50%，斷后伸長率則升高約25%，隨著時效溫度和保溫時間進(jìn)一步升高和延長，合金的屈服和抗拉強(qiáng)度呈線性下降趨勢，斷后伸長率則呈上升趨勢。