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摘要:對(duì)大寬厚比高速動(dòng)車用6008鋁合金蒙皮型材的擠壓工藝、合金成分、鑄棒的均質(zhì)制度、鑄錠加熱溫度、擠壓速度及拉伸率等幾個(gè)方面進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明，通過合理的模具設(shè)計(jì)，鑄棒均質(zhì)制度以及合理的鑄錠加熱溫度，擠壓速度等工藝控制，可以生產(chǎn)出屈服強(qiáng)度≥240MPa，抗拉強(qiáng)度≥280MPa，斷后延伸率≥10%，產(chǎn)品組織細(xì)小均勻，產(chǎn)品無低倍及表面缺陷的產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞:大寬厚比;動(dòng)車蒙皮;6008鋁合金;擠壓工藝

為了節(jié)能減排以及輕量化發(fā)展，高速動(dòng)車組減少車身整體重量成為發(fā)展趨勢。近年來鋁合金高速動(dòng)車領(lǐng)域應(yīng)用比重逐年上升［1－2］。6008鋁合金屬于可熱處理強(qiáng)化的Al－Mg－Si系中高強(qiáng)度合金，沒有應(yīng)力腐蝕開裂傾向［3］。6008鋁合金是瑞士鋁業(yè)協(xié)會(huì)在國際上注冊(cè)的合金，是由6005A合金發(fā)展而來的，但性能比6005A優(yōu)異，被歐洲鋁業(yè)協(xié)會(huì)確定為“車體型材合金”，具有良好的塑性及優(yōu)良的擠壓加工性能，可擠壓復(fù)雜壁薄的中空型材［4－6］。6008合金比6005A合金成分增加了0．05%～0．20%的釩元素。釩元素的加入能夠細(xì)化鑄造組織，提高再結(jié)晶溫度，改善時(shí)效行為使制品強(qiáng)度、韌性提高，塑性耐蝕性得以改善。高速動(dòng)車組車體前端蒙皮型材傳統(tǒng)工藝由4mm厚的鋁合金板材沖壓成形，在沖壓拉伸過程中容易產(chǎn)生拉伸不足，回彈和型材空間扭曲變形等缺陷，嚴(yán)重影響蒙皮質(zhì)量。采用一次擠壓成型生產(chǎn)工藝，省去了現(xiàn)有技術(shù)中的沖壓工序，節(jié)約了工時(shí)成本，同時(shí)提高了產(chǎn)品合格率。高速動(dòng)車蒙皮型材由于寬厚比大導(dǎo)致擠壓比大，擠壓生產(chǎn)時(shí)易產(chǎn)生起浪扭曲等缺陷，鑄錠加熱溫度，擠壓速度控制不當(dāng)，容易導(dǎo)致產(chǎn)品組織性能不合格，從而影響后續(xù)高速動(dòng)車車頭司機(jī)室組裝使用。本文主要研究擠壓工藝對(duì)寬厚比大的6008鋁合金型材組織性能以及表面質(zhì)量的影響。

1試驗(yàn)材料與方法

1．1試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)采用型號(hào)為ZWGD－SJ－10，型材斷面見圖1，型材壁厚4mm，最大寬度795mm，擠壓噸位為12500T，擠壓比為80。此次擠壓鑄錠采用6008合金成分設(shè)計(jì)見表1。Mg、Si元素形成Mg2Si為6008合金主要強(qiáng)化相，過剩Si有利于合金的強(qiáng)化。Cr元素形成的(CrFe)Al7和(CrMn)Al6，可以阻礙再結(jié)晶晶粒長大，進(jìn)而細(xì)化晶粒。但含量過高時(shí)會(huì)形成粗大第二相，提高淬火敏感性，故控制w(Cr)為0．15%～0．20%。Mn元素可以提高合金再結(jié)晶溫度，達(dá)到細(xì)化晶粒作用。形成的(FeMn)Al6可以減少Fe的有害影響，還可以提高合金韌性與耐腐蝕性?？刂苭(Mn)為0．20%～0．25%為宜。少量Cu可以起到補(bǔ)充強(qiáng)化作用，顯著改善合金在熱加工時(shí)的塑性，控制w(Cu)為0．10%～0．15%。元素在鋁熔體中形成的VAl10化合物可以促進(jìn)ɑAl形核，提高再結(jié)晶溫度，使產(chǎn)品再結(jié)晶晶粒細(xì)化，塑性韌性提高，控制w(V)為0．10%～0．15%。

1．2試驗(yàn)方法

鑄棒采用純鋁添加微量元素進(jìn)行熔煉，經(jīng)半連續(xù)鑄造后，隨著均勻化時(shí)間延長，鑄錠晶間枝晶組織逐漸減少，韌性增加［6］。故本次采用鑄棒570℃×8h均質(zhì)處理后車皮，在12500T臥式擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓。模具采用擴(kuò)展面積的設(shè)計(jì)，加大了模具兩側(cè)的供料面積及擴(kuò)展面積，從而達(dá)到增加模具兩側(cè)供料的目的，使產(chǎn)品擠出時(shí)中間部位與兩側(cè)鋁的流速均勻，防止局部流速過快產(chǎn)生變形扭曲等缺陷。本次擠壓，鑄錠溫度為490℃～530℃，擠壓速度2．0m/min～3．0m/min，采用風(fēng)冷生產(chǎn)，拉伸量0．5%～1.5%。具體擠壓工藝參數(shù)見表2。本次試驗(yàn)共進(jìn)行4支鑄錠擠壓，由于型材壁厚較薄蓄熱性差，易導(dǎo)致進(jìn)入有效淬火區(qū)溫度過低，型材寬厚比大采用強(qiáng)淬火方式易使型材產(chǎn)生變形。故采用可調(diào)節(jié)式風(fēng)箱風(fēng)冷淬火裝置，在出口處加擋風(fēng)板防止溫度過低。由于擠壓比過大，在較小擠壓桿速狀態(tài)下，擠壓制品仍具有較快擠壓速度，故考慮擠壓桿擠壓速度，擠壓制品速度設(shè)置為2．0m/min起。各擠壓工藝嚴(yán)格按要求執(zhí)行，擠壓后型材進(jìn)行175℃×8h的熱處理制度。切取尾端4m處低倍料樣進(jìn)行堿性溶液浸泡處理。

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

2．1表面質(zhì)量及低倍檢測

擠壓生產(chǎn)在線拉伸后型材表面質(zhì)量低倍性能檢驗(yàn)見表3。型材擠出后表面均有起浪缺陷產(chǎn)生，但經(jīng)過拉伸矯直后表面質(zhì)量均可滿足客戶要求，但在壁厚測量過程中1號(hào)、3號(hào)鑄錠擠壓制品出現(xiàn)局部壁薄現(xiàn)象。分析得出拉伸率過大容易導(dǎo)致寬厚比大的型材產(chǎn)生局部壁薄現(xiàn)象。1號(hào)、3號(hào)擠壓制品經(jīng)低倍檢測后出現(xiàn)縮尾缺陷，2號(hào)、4號(hào)擠壓制品低倍檢測合格。分析得出，擠壓寬厚比大型材時(shí)模具兩端供鋁量與心部存在差異，而擠壓速度增快時(shí)會(huì)放大此影響導(dǎo)致制品兩側(cè)與心部流速更為不均勻，使擠壓末期模具死區(qū)金屬不易充分切除從而導(dǎo)致縮尾的產(chǎn)生。

2．2力學(xué)性能檢測

對(duì)4支鑄錠擠出的型材進(jìn)行力學(xué)取樣，使用日本島津電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，試樣尺寸按GB/T228．1－2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分:室溫試驗(yàn)方法》中要求進(jìn)行加工，檢測結(jié)果見表4。對(duì)比1號(hào)、2號(hào)與3號(hào)、4號(hào)鑄錠擠出型材力學(xué)性能，2號(hào)產(chǎn)品力學(xué)性能高于1號(hào)產(chǎn)品，4號(hào)產(chǎn)品力學(xué)性能高于3號(hào)產(chǎn)品。分析得出，在棒溫相同情況下，采用風(fēng)冷淬火時(shí)擠壓速度過快易導(dǎo)致產(chǎn)品淬火不充分，進(jìn)而影響力學(xué)性能。對(duì)比1號(hào)、3號(hào)與2號(hào)、4號(hào)鑄錠擠出型材力學(xué)性能，1號(hào)產(chǎn)品力學(xué)性能略高于3號(hào)產(chǎn)品，2號(hào)產(chǎn)品力學(xué)性能略高于4號(hào)產(chǎn)品。分析得出，在擠壓速度相同情況下，采用風(fēng)冷淬火時(shí)，高棒溫可以提高力學(xué)性能但影響不大。

2．3組織晶粒度檢測

對(duì)4支鑄棒擠出的型材進(jìn)行高倍組織觀察以及晶粒度檢測，如圖2、圖3所示。對(duì)比1號(hào)～4號(hào)型材高倍組織形貌可知，4種鑄棒擠出型材的組織都比較均勻，且第二相析出數(shù)量相當(dāng)，故力學(xué)性能相差不大。對(duì)比1號(hào)～4號(hào)鑄棒擠出型材晶粒度檢測結(jié)果可知，4種基體晶粒度均為7級(jí)，符合基體平均晶粒度≥3級(jí)要求。皮質(zhì)層晶粒度符合法國標(biāo)準(zhǔn)NFA04－503鋁合金晶粒度測量方法中的要求，但皮質(zhì)層晶粒度可以明顯看出，1號(hào)鑄棒擠出型材皮質(zhì)層晶粒粗大，2號(hào)晶粒度稍大于3號(hào)，4號(hào)晶粒最小。分析得出，在高溫高速擠壓下，型材表面與模具摩擦較大，在高溫驅(qū)動(dòng)下晶粒異常長大更為明顯。

3結(jié)論

(1)寬厚比大的6008合金擠壓型材采用棒溫490℃～510℃，擠壓速度2．0m/min～2．5m/min，風(fēng)冷淬火，拉伸矯直率控制0．5%～1．0%的工藝制度，可以生產(chǎn)出屈服強(qiáng)度≥240MPa，抗拉強(qiáng)度≥280MPa，斷后延伸率≥10%，組織細(xì)小均勻，產(chǎn)品無低倍及表面缺陷的產(chǎn)品。(2)6008合金采用風(fēng)冷淬火時(shí)，棒溫在490℃以上時(shí)增加棒溫對(duì)產(chǎn)品力學(xué)性能影響不大。為得到更高力學(xué)性能產(chǎn)品應(yīng)合理控制擠壓速度，保證淬火充分。(3)擠壓寬厚比大的型材時(shí)，縮尾長度有隨著擠壓速度增加而加長的趨勢。(4)6008合金基體晶粒度受鑄棒溫度，擠壓速度影響不大，但皮質(zhì)層晶粒隨著棒溫增加，擠壓速度增大顯著增大，并且溫度影響大于速度影響。

作者:何金 李美玲 楊明 高彤 崔家銘 方宇 單位:遼寧忠旺集團(tuán)有限公司