車用鋁合金材料性能要求、選材、工藝 這些還不懂就OUT了!
2020-11-25 東方財富網原標題：【汽車峰會】車用鋁合金材料性能要求、選材、工藝 這些還不懂就OUT了！
在上海有色金屬行業協會、上海市汽車工程學會、蘇州市壓鑄技術協會、上海有色網共同主辦的2020(第二屆)中國工博會新材料論壇-中國汽車新材料應用高峰論壇暨中國(第八屆)鋁加工產業鏈供需交易峰會上，廣東和勝工業鋁材股份有限公司董事長李建湘圍從車用鋁合金型材性能要求、車用鋁合金選材、合金二次開發及工藝開發、車用鋁合金材料介紹及應用案例等方面，就車用鋁合金擠壓型材及應用案例展開了演講。
車用鋁合金型材性能要求
一、具有適當的強度和剛度
李建湘表示，在汽車上用鋁合金，主要需求為替代鋼鐵、實現輕量化。結構整體強度需要達到輕量化後汽車使用需求。根據中國汽車輕量化線路圖近期(2016-2020)提出的要求，AHSS級高強鋼強度目標值600MPa。鋁合金表述為發展5系、6系高成型性合金，單車用量190KG，對鋁合金強度沒有量化指標。
鋁合金機械三性與鋼的差異：
鋁合金屈強比高、延伸率較低，導致鋁合金冷變形加工要比鋼困難得多，鋁容易回彈。
彈性模量：鋁彈性模量較低，約70GPa，一般合金鋼約200GPa，是鋁的3倍。鋁比較不耐衝擊。
二、具有較好的抗疲勞性能
汽車長時間、長距離使用，結構件不可能更換，鋁合金耐疲勞性質顯得十分重要。抗疲勞性衡量方法有很多種，通常材料手冊查到的數據並不準確，如下提供一個車輛行業常用的跑步測試數據，這對車用合金選材非常實用，圖2是我國高鐵用鋁擠壓材疲勞測試的數據。
三、耐腐蝕性
因為表面防腐工藝的採用，汽車部品不害怕外界環境腐蝕，但是材料因通過多道次冷加工、連接，形成的應力腐蝕、電化學腐蝕對汽車產品使用壽命和安全性造成巨大影響。如日系汽車、高鐵曾主流使用7N01材料，後來全部改用6N01，就是因為抗腐蝕性引起的。
四、焊接性
從熱源角度區分，材料間連接可分熱連接和冷連接。冷連接如鉚接等更為偏重於對結構設計的要求，而熱連接還需進行母體選材。考慮到熱裂紋傾向性、耐腐蝕性等焊接質量要求，不是所有鋁合金材料都適合用作焊接母材。
對於不可熱處理強化的合金，焊後強度下降主要是熱影響區溫度超過再結晶溫度，發生再結晶及晶粒長大，強度下降係數取決於焊接峰值溫度。對於熱處理強化合金，焊後強度降低主要原因是熱影響區晶粒粗大，並且強化相由於熱源的作用固溶至基體中從而使彌散強化效應減弱。強度下降係數主要取決於材料第二相性質和熱循環特性。
五、特殊要求舉例
折彎性能(三點彎曲)： 車用鋁合金型材的有些要求超出了鋁加工行業一般標準範圍，如防撞梁的性能要求，車廠要求做防撞梁三點彎曲試驗，無法通過鋁擠壓材常規性能特徵找到與彎曲實驗結果相對應的參數，與材料強度絕對值非正相關，我們研究表明，彎曲開裂與材料微觀組織關聯度高，完全縱向纖維組織的材料彎曲性能最佳；與材料斷面設計關係密切，同樣斷面，壁厚設計的差異對彎曲性影響很大；材料延伸率與彎曲性正相關。
壓潰性能(吸能效果)： 依賴材料學常規思維無法確定材料的吸能效果，通常認為延伸率高的材料在壓縮時不易開裂，必拓鋁業研究員做大量實驗表明，6xxx系列合金的軸向壓縮性能，最好用平均壓粹力表述( mean crush force)MCF，與拉伸強度呈線性增加，延伸率不是壓碎過程中破裂敏感性的良好預測指標，在所測試的各種合金中，AA6008具有零裂紋時的最高強度。同樣力學性質的材料，纖維組織的產品表現出最優的吸能效果。
熔接性能及座屈性能：日系車廠使用鋁管做減震器內外套管，多年研究表明：減震器鋁管的其中兩項核心指標：熔接性能及座屈性能。和勝設計了一種用於評價冶金焊縫熔接性能的擴管試驗方法。而座屈性能通過座屈試驗進行評價。
車用鋁合金選材
車用鋁合金擠壓型材常用合金除6063、6061外，美系、日系、歐系有所不同。
美系以美鋁、加鋁(必拓)開發和運用成熟的合金為主，主要有6005A、7003等；
日系以昭和電工、古河電工、神戶鋁業、住友、日輕工開發的合金為主，主要有6N01、7N01、7005等
歐系則主要以海德魯、薩帕鋁業開發的合金為主，主要有6082、6013。
總體來說，車用材大多數選擇中等強度或中等偏高6系各類合金，及部分低等級的7系合金。根據產品用途適當區分選材。
合金選擇的局限性：我們並不總是可以根據車身用鋁的需求來選用最好的合金，因為有些材料擠壓不一定能達到工業化量產的條件。這主要基於兩個因素：合金擠壓性和淬火敏感性。
合金二次開發及工藝開發
國際標準是一個普適性、寬泛的合金，同一牌號性能差距很大。如最常用的A6063合金，Si0.2-0.6%、Mg0.45-0.9%，和勝經驗表明，其最基本的力學性能Rm 180-260Mpa ，差距在於合金含量差異，我們計算表明A6063主合金Mg2Si含量0.6-1.2%，所以，真正要用好A6063，需要針對產品實際用途做二次開發，在標準牌號範圍內，選取適當微區，控制主合金含量及各種影響性能的參數，如6063過剩Si的量，Fe相允許值，A6061還要確定Cu含量，他與產品固溶強化效果、淬火敏感性、時效曲線、表面陽極處理後黃度等有關，這就是我們強調鋁擠壓材用戶需要有合金開發能力的供方協作的原因。
工藝開發
合金除成份合理之外，還有非常重要的指標，就是合金如何有效的發揮作用，我們有時發現，合金成份沒問題，可是性能卻達不到要求，主要的原因是合金沒有完全形成強化相，如A6063合金強化相Mg2Si，它有三種基本形貌：柱狀組織(相)、棒狀組織( ˊ相)、針狀組織( 「相)，只有 」相才有好的強化作用，粗大的柱狀、棒狀組織基本沒有強化作用，所以，我們的工藝設計要從鋁合金熔練鑄造、鑄錠均勻化處理、擠壓固溶、人工時效的整個擠壓材熱過程控制最優化條件，使加進去的合金元素在T6狀態下最大限度生成只有相，我們的基本目標就實現了。
（文章來源：SMM）
(責任編輯：DF533)
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