赵建伟

【摘  要】目的：明确挤压对6N01铝合金型材性能均匀度的影响；方法：选择T4状态6N01铝合金型材，在不同位置进行取样，期间按照金属材料室温拉伸法、电子万能材料试验机分别确定材料的延伸率、屈服强度与拉伸强度，而后再通过显微装置扫描材料的微观变化；结果：铝合金截面性能均匀度受屈服强度与延伸率影响较大，受抗拉强度影响较小，不同取样走向对延伸率与屈服强度影响较大，对抗拉强度影响较小，且型材性能数值的变化与挤压方向、微观晶粒有直接的关联性；结论：型材性能均匀性的变化与力学性能有内在联系，另外还受热挤压变形与冷却速度等工艺的影响。

【关键词】铝合金；型材性能；挤压均匀性；截面质量

6N01铝合金型材常用于高速车辆的结构内，其材料既有较高的强度，优异的成型性能，而且也更便于焊接，因此在薄壁中空大型型材中应用较广泛。而结合T4状态相关资料可知，多数材料在经由固溶处理后，其自然时效与稳定状态都会受到较明显的影响，关于6N01铝合金型材在T4状态下材料性能的数据较少，因此为使材料更好的应用于高速车辆产业，使材料性能在生产流程中免受影响。故而，挤压对6N01铝合金型材性能均匀性有何影响，相关企业与试验人员理应给予足够关注。

一、试验方法

本试验选用高速车辆常用的双腔室6N01铝合金型材，其界面呈“日”字形，在常温环境中，结构稳定且受挤压影响较小。为明确此型材在T4状态下的力学性能，需实现确定型材不同位置的取样方案，而后再采用金属材料室温拉伸实验法（GB/T228-2010）与电子完成材料试验机（CSS=44200）对材料施以拉伸试验，以便确定材料的均匀度、延伸率、屈服强度与抗拉强度。待数据获取完毕，再通过光学显微镜查看型材的微观状况，分析内部晶体粒子与挤压力之间的关系，而后再对挤压力与型材均匀度的影响进行深入分析。

二、试验结果与论述

1.  铝合金型材截面性能均匀性

为明确截面组织的均匀性、截面形状与取样点位置之间的关系，本次试验将取样走向与挤压方向保持一致，由此拉伸试验结果详见表1。

表1 6N01-T4型材截面性能均匀性拉伸试验结果

结合表1资料可知，6N01铝合金型材经由T4热处理后，其力学性能呈现出了不均匀的特征，使得屈服强度在区间内产生了10%左右的波动，而抗拉强度波动在5%，延伸率则达到了25%。由此可见，经由T4热处理的6N01型材拉伸不均匀特征主要是受塑性变形抗力与塑性变形能力的影响，而其极限承载能力对性能不均匀度的影响较小。

2.  取样走向对型材性能的影响

铝合金型材力学性能的不均匀度不仅与取样的确切位置有关，结合试验可知，取样走向也会造成力学性能的差异。例如，在型材表面，选用垂直于型材挤压方向的横向0°、45°、90°三种方向取样，其力学性能便如表2所示。

表2 取樣走向对力学性能的影响

基于表2可知，挤压工艺的实施在型材力学性能方面，随着角度的不同会呈现出不同的力学性能。入沿着挤压方向的进行检测，便会得到最高的屈服强度、抗拉强度与最低的塑性值；而若是选择垂直于挤压方向的检测方式，则屈服强度与抗拉强度会降到最低，而塑性值则会提到最高。由此可见，各方向对型材塑性变形抗力与塑性变形能力影响较大，而对几线程在能力影响较小。

3.  型材截面微观组织与性能关系

OM与SEM观察表明,T4状态6N01铝合金型材截面不同位置具有不同的微观组织。通过显微影像可以看出,T4状态6N01铝合金型材截面不同位置的微观组织具有基本相似的特征,即以a-AI晶粒为背景,其上分布着一些Mg2Si弥散强化相或其脱落坑。通过观察，可以发现d区与e区析出较多第二相,这一组织特征与表1力学性能结果是-致的。铝合金的强度主要来自于晶界强化和第二相强化，考虑型材的加工工艺，这种第二相应该是在热挤压后冷却过程中形成的。内部区域e与较厚的区域d冷却速度相对较缓慢,析出的第二相数量就较多、较大,导致屈服强度提高，这说明6N01型材的力学性能对冷却条件是比较敏感的。

这种挤压后冷却速度差异造成的组织与性能不均匀是应该加以控制的，屈服强度的这种提高是不期望的,因为在这种条件下析出的粒子相对较为粗大，且使得后续人工时效过程可析出的第二相粒子减少，将会使得时效强化的总效应下降。这种不均匀性说明进一步 提高现工艺条件下型材挤压后的冷却速度是有利的。

结合铝合金型材三维显微组织特征可知，晶粒沿挤压方向及垂直挤压方向均已被明显拉长，沿厚度方向被压缩。这种拉长组织是挤压变形所导致的，且垂直挤压方向的拉长与模具设计、型材结构有关,说明该型材在成型过程中沿挤压方向的横向也产生了较大的塑性流变。

晶粒沿挤压方向及垂直挤压方向的拉长不仅仅是单纯的晶粒拉长,实际也产生了晶粒的取向分布，即形成了形变织构。金属在塑性变形时，晶体的滑移面和滑移方向都要向主形变方向转动,各个晶粒的某些相同的滑移系，在形变量较大时.都逐渐趋向与拉力轴平行，也就是说，原来是任意取向各个晶粒在空间取向上呈现一定程度的规律性，形成了晶体的择优取向。研究表明，对6N01铝合金而言，其沿挤压方向的拉长组织应该主要是织构<111>，部分是<100>，而垂直挤压方向的主要晶面为(011)。铝合金型材拉长组织与形变织构的形成是宏观力学性能各向异性的内在根源，由于沿拉长轴方向主要是织构<111>,因此沿挤压方向具有最高的屈服强度、抗拉强度和最低的塑性。垂直于挤压方向的主要晶面为(011),有最低的屈服强度、抗拉强度和最高的塑性。与挤压方向成45°方向,性能介于两者之间。力学性能的差异是组织产生择优取向的结果。

三、结语

6N01铝合金型材受力试验的有效落实，既能够为检测人员呈现在T4状态下，型材塑性、屈服强度、抗拉强度等各方面数据的差异，同时凭借微观粒子的查验，更能够明确挤压力施加环境对型材晶体粒子的影响，从而更清晰的明确型材均匀度变化的原理。故而，在论述挤压对6N01铝合金型材性能均匀性的影响期间，必须明确铝合金型材常用应用的领域，分析在使用过程中是否存在类似T4状态的环境，以便为后续更合理的使用铝合金型材提供更全面的保障。

参考文献

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