6005铝合金方管弯曲性能研究

刘丽瑜，张 健，董必坚，王 俊，张歧宸，孙 响

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003)

随着现代建筑工具的快速发展，在实际安装使用时对材料的轻便型、耐蚀性及便携性要求越来越高。铝合金制品因其质量轻、耐腐蚀性能好、拉伸性能高等特点而成为建筑及交通用工具的首选材料[1]。6005铝合金属于中高强Al-Mg-Si系铝合金，为可热处理强化铝合金，主要用于制造既要有高强度又要有高断裂韧性的焊接结构，如建筑用铝合金旋梯，其强度高于常用的6063铝合金[2]。根据客户提出的相关技术性能要求，在保证较高强度的情况下，三点弯曲试验不发生断裂。我们对此进行了前期的工艺设计及试制生产，总结出符合客户要求的工艺制度。

1 材料及试验设备

1.1 试验材料

试验用铝合金方管信息为，产品型号SOMA-A000350，合金状态6005-T5，机台吨位800T，定尺长度500mm，壁厚3mm，断面如图1所示。

图1 断面图Fig.1 Sections

1.2 试验设备

试验用设备为电子万能试验机，型号AG-X 250kN，压头直径90mm，跨距300mm，弯曲过程如图2所示。

图2 弯曲过程示意图Fig.2 Diagram of bending process

2 试验方案

2.1 生产信息

本次试验主要使用8.8MN油压双动卧式铝挤压机进行挤压生产，铸锭规格为120mm×510mm，铸锭加热温度为480℃～500℃，挤压速度为5.0m/min～5.5m/min，采用穿水的淬火方式，生产后将产品取回进行弯曲试验。

2.2 热处理制度

在生产过程中产品已得到充分固溶，通过控制时效过程来改变材料的性能，从而控制其弯曲性能。因此，将实验材料分别进行欠时效、峰值时效、过时效等几种时效状态，分组进行弯曲试验并观察其弯曲性能及力学性能的变化情况。根据时效状态，将材料进行分组实验并分别按照表1中时效制度实施。

表1 热处理制度

将方管进行峰值时效，并根据峰值时效情况，上下浮动分别进行欠时效和过时效处理，通过观察实验结果适当调节时效制度，使其能满足客户要求。

3 试验过程

3.1 弯曲状态及时效制度对弯曲的影响

将不同热处理制度的方管在250kN的压力试验机上进行弯曲试验，跨距为300mm，试验用压头为90mm，弯曲角度为135°。

第一组试验分别采用175℃×4h、175℃×8h、175℃×12h的时效制度，时效后测得韦氏硬度均为15HW～16HW。将时效后的试样分别进行弯曲试验，试验后均发生断裂现象，如图3所示。试验过程中，由于材料强度较大，弯曲程度较差，方管在弯曲过程中呈脆性开裂现象。

图3 175℃峰值时效处理Fig.3 Peak aging treatment of 175 ℃

第二组试验采用过时效处理，时效制度分别为203℃×3h、203℃×3h、203℃×5h、203℃×6h，时效后测得的韦氏硬度分别为15.1HW～15.2HW、14.8HW～15HW、14.5HW～14.8HW、13.5HW～14.2HW。将时效后的试样分别进行弯曲试验，试验后均发生断裂现象，如图4所示。本组试验的主要目的是降低产品的强度及硬度，使其韧性提高，并能够满足客户要求，然而在弯曲试验中，试验料样均发生脆性断裂，其弯曲效果较差。

图4 203℃过时效处理(断裂)Fig.4 203 ℃ aging treatment (fracture)

第三组试验采用欠时效处理，时效制度分别为145℃×4h、145℃×5h、145℃×6h、145℃×7h，时效后测得的韦氏硬度分别为13.2HW～13.6HW、14.2HW～15HW、15.5HW、15.2HW～15.5HW。将时效后的试样分别进行弯曲试验，在试验过程中发现1#和2#产品其内外角均无裂纹(图5(a)和图5(b))，而3#和4#产品则发生断裂现象(图5(c))，由此可见采用欠时效处理，在一定范围内其弯曲效果良好。

根据第三组试验结果，将时效制度上下浮动调节，观察其性能及弯曲情况，由此确定其时效时间的范围区间，而进行第四组试验。

在第四组试验中分别采用145℃×3h、145℃×3.5h、145℃×5.5h的时效制度进行试验，时效后测得韦氏硬度分别为12.5HW、13.0HW、14.0HW～15.0HW。弯曲试验后其检测结果均为内外角无裂纹现象，如图6所示，其弯曲效果良好，但时效制度为145℃×3h料样，其硬度值不符合13HW～15HW范围要求。

(a)外角；(b)内角；(c)断裂图5 145℃欠时效处理Fig.5 145 ℃ owe aging treatment

(a)外角；(b)内角图6 调整后的145℃欠时效处理Fig.6 145℃ owe aging treatment after adjustment

经过这一系列弯曲试验可以得出，采用欠时效制度在145℃×3.5h～145℃×5.5h范围区间内，其弯曲效果良好。

3.2 性能检测结果

上述4组试验所对应力学性能检测结果如表2所示。

从表2中可以看出以下几点：

(1)从第一组试验可以看出，相对于峰值时效，欠时效较过时效，其延伸率相对有所提升，但屈服强度而有所下降，其屈强比较低；

(2)对比第二组与第三组实验结果可以看出，过时效的屈服强度明显高于欠时效，屈强比明显较大，而断面延伸率却相反，同时在弯曲试验中第三组试验的1#、2#料样未发生断裂现象且其性能满足客户提出的抗拉强度≥245MPa的要求，由此可知延伸率及屈强比的大小对弯曲性能的影响较大。

(3)第三组试验的1#、2#料样和第四组试验的2#、3#料样的各项性能均能满足客户要求且均未发生断裂现象，由此可以确定时效温度为145℃时其时效时间在3.5h～5.5h的区间范围内可满足客户要求。

3.3 成分检测

成分检测结果见表3。

表2 力学性能检测情况

表3 6005合金成分检测值 (质量分数，%)

3.4 高倍组织

该合金的晶粒度检测结果如图7((a)50X,(b)100X所示，晶粒度等级评为2级，合金中再结晶抑制元素Mn、Cr含量均较少，晶粒较为粗大。

图7 高倍晶粒度Fig.7 High grain size

4 结论

1)合金的屈强比较高，延伸率较差容易发生脆性断裂，而过时效相对于欠时效处理，其屈强比较高，延伸率较差，呈脆性断裂，弯曲效果较差；

2)晶粒越细小，越有利于合金变形，延伸率越好，可以考虑增加再结晶抑制元素，采用Mn、Cr含量相对较高的6005A合金，其弯曲效果会更好；

3)该合金可采用145℃×(3.5h～5.5h)的时效制度，弯曲效果较好，各项性能均能满足客户要求。