试分析合金元素和热处理对Al-Mg-Si 基汽车车身板材组织和性能的影响力
试分析合金元素和热处理对Al-Mg-Si 基汽车车身板材组织和性能的影响力
杨 琳,张 艳
（柳州职业技术学院, 广西柳州,545006，柳州乘龙专用车有限公司, 广西柳州,545005 ）
摘要：随着科技的发展和社会的不断进步，人们的生活水平也不断提高，使得人们对汽车的性能要求也逐渐提高。在汽车的各项性能中，汽车车身的板材质量受热处理和合金元素的影响，尤其是Al-Mg-Si 基汽车车身的板材。具体指的是Mg,Si,Cu,Zr 等的合金元素对Al-Mg-Si 基汽车车身的板材显微组织和冲压性能的影响。本文主要针对Mg,Si,Cu,Zr 对Al-Mg-Si 基汽车车身的板材组织和性能的影响进行研究和探讨，论述了Mg,Si,Cu,Zr 的活动顺序，并分析了固溶温度对力学性质的作用，预时效、自然时效等对合金时效的力学性能的影响，以为提高车身板材的性能提供帮助。
关键词：合金元素; 热处理;Al-Mg-Si 基汽车; 车身板材; 组织性能; 影响研究
Try to analyze the influence of alloying and heat treatment on Microstructure and properties of Al-Mg-Si based auto body
Yang Lin,Zhang Yan
（Liuzhou Vocational & Technical College,GuangxiLiuzhou,545006，Liuzhou Chenglong Special Purpose Vehicle Co.,Ltd.GuangxiLiuzhou,545005）
Abstract ：With the continuous progress of science and technologyand social development,people’s living standard has improved,the performance requirements of the automobile people also gradually improve.The performance of the car,affect the quality of sheet metal car body heat treatment and alloying elements,especially the Al-Mg-Si based sheet car body.Specifically refers to Mg,Si,Cu,effects of alloying elements such as Zr sheet on the microstructure of Al-Mg-Si based auto body and stamping performance.This paper mainly for Mg, Si,Cu,research and study the effects and properties of Zr sheet structure of Al-Mg-Si based automobile body, the Mg,Si,Cu,Zr sequence of activities, and analyzes the effect of solid solution temperature on the mechanical properties,mechanical properties of pre aging, natural aging on ageing of,in order to provide help to improve the performance of auto body sheet.
Keywords ：alloying agent;heat treating;Al-Mg-Si Based Automotive;Auto body sheet;structure property;influence study
汽车制造商为了提高汽车的铝化率，在汽车的车身板材制造中选择塑性好、强度高，且具有耐腐蚀性特点的铝合金材料，来提高车身板材的质量，降低了车身自身的重量。下面主要从实验角度来研究A1-Mg-Si 基铝合金的热处理和合金元素对显微组织、成形性能和力学性质，通过显微镜、电子探针、电子万能拉伸机、x 射线衍射仪、扫描电镜和能谱分析等先进的技术手段来对合金元素对合金力学、显微组织和冲压性能的影响，以提高汽车车身板材的性能。
1 研究的合金元素和热处理对其汽车车身板材的重要性
经研究发现，汽车的车身重量每降低200kg，就会减少0.8- 2.0L/Km，二氧化碳的排放量也会降低16%，其他的有害气体也会减少排放。而铝合金材料具有耐磨性好、耐腐蚀性好、弹性好和质量轻的特点，且其比刚度和比强度较高，冲击性能好，是一种可回收资源。将铝合金材料用于制作汽车的车身，提高了燃油的利用效率，保证了车身的安全舒适度，且环保节能。
1) 汽车车身板用铝合金的特征及性能
现在用于汽车车身板材的主要有Al-Mg(5000 系），Al-Cu- Mg(2000 系) 和Al-Mg-Si(6000 系）三种。2000 系的焊接性和锻造性高，且具有较高强度；5000 系中的镁元素可以溶在铝中，产生固溶反应，时铝合金具有较高的抗腐蚀性，同时具有较高的强度；而6000 系中铝合金不仅具有良好的塑性和强度，耐腐蚀性也好。事实证明，铝合金的冲压性能可以达到钢结构的水平，有些性能已经不亚于钢材。
2)AI-Mg-Si 基铝合金板材的研究现状
目前国内对 AI-Mg-Si 基铝合金板材的研究较少，重点研究了将富Ce 混合稀土中加入合金中的时效特性，使稀土研究成为了一个重点。因为在6000 合金里添入定量的稀土，直接会影响AI-Mg-Si 系合金的性质，包括热塑性和变形能力，从而改变了表面的处理性质。
3) 通过研究合金中个元素的配比来提 高合金的基本性能，
表一：试验用合金的化学分析成分
改进工艺和模具设计等手段来提高冲压性能。
4) 目前我国合金研究工作的重点是要通过优化6000 系的合金成分，来改变施工工艺，并要研究其力学性质、显微组织和冲压性能等。
2 Cu,Mg,Si、Zr 对合金组织和性能的影响
该实验主要是采用正交设计法来研究Cu,Mg,Si、Zr 元素对合金力学性质、显微组织和冲压性能的作用。
2.1 实验结果
σ0.2/σb 表示 薄板材料在破坏之前能进行变形和加工的程度。试验表明，Cu 元素对σ0.2/σb 的影响很小，极差是最小的， 而Zr 对σ0.2/σb 的影响是最大的，其极差值也是最大。其次是Mg,Si 元素，这两种元素对σ0.2/σb 的影响一般，但极差值也不大。当Zr 元素的含量为0.2% 时，合金的性能最好，如果Zr 增加， σ0.2/σb 的值也会增大。同样如果Cu,Mg,Si、的含量增加，σ0.2/ σb 的值也会增大，导致合金的成形降低。
实验结论：1.Cu 极差值是最大的，故其对r 的影响也最大。2.Cu,Mg,Si、Zr 对n 值没有太大影响，且极差值也不大。3. 硅元素的质量分数对合金的性能和强度影响最大，硅的极差值也最大，但硅的极差值跟铜接近。可判定：在Cu,Mg,Si、Zr 等元素中， 对合金强度的影响从大到小依次排列为Si，Cu,Mg,Zr。4. 将Mg,Si 的质量比定位1.73，使其形成Mg2Si 时，可以提高合金的性能，所以，可以将该系的合金作为主要的合金形式，提高汽车车身板材的质量。5. 而当Cu 的质量分数低至0.4% 时，将会是合金的强度达到最低，如果此时增加Cu 含量，合金的强度也会增加，同时也会使沉淀效果提高。6. 而对于Mg 而言，其含量的波动对合金的强度影响不是太大，但当Mg 的含量达到0.95% 时， 将会对照Mg 含量的增加，而使合金强度降低。7. 如果此时合金中的Zr 含量为0.2%，合金的强度和质量最高，如果Zr 质量小于0.2%，Zr 含量增加，会使合金强度增大，反之，如果Zr 含量大于0.2% 时，合金强度会随和Zr 含量的增大而降低。
2.2 合金元素对组织的影响
1)Zr 对组织的影响
如果Zr 的量大于0.2%，将产生一种金属化合物，热处理不易将其溶解，降低了合金的强度。
2)Mg-Si 对组织的影响
透过能谱分析可知形成的组织主要是Mg2Si 和CuAl2。如果Mg2Si 的量不断增加，将对在组织产生不溶性的针状物，导致合金的成形性能降低。
3)Cu 对组织的影响
如果Cu 的含量增大，CuAl2 也增大，也就增大了合金的时效强化能力，但是大量的Cu，在合金猝火时会减低合金的抗腐蚀性。
3 热处理制度对Al-Mg-Si 基铝合金性能的影响
（1）方法
测验热处理制度对Al-Mg-Si 基铝合金性能的影响主要是通过成分分析法对各元素的人工时效进行测定，并分析合金中的力学性能。
（2）结果
1）固溶处理温度对镁元素和硅元素的影响，如下表2 所示：
其中a.b.c 分别表示在520 度，530 度，540 度下，Mg-Si 沿a 固溶体的宽度方向上的质量分布状态。
试验表明，如果温度控制时间在半个小时，固溶温度大于等于540 度，Mg-Si 的固溶将会完成。
2）固溶温度对时效动力学的影响
下图是通过DSC 图来研究的AL-Mg-Si 合金的时效状况，
固溶温度在520 度和550 度时的DSC 图
结果表明：沉淀过程产生的热量激昂会反映固溶体的原子量，但如果固溶温度不但升高，产生的热量会受更多硅原子的影响。
3 结束语
合金元素和热处理对Al-Mg-Si 基汽车车身板材组织和性能的影响力较大，为了提高汽车车身的板材质量，降低其自身重量， 增加其强度，减少油耗，需要对车身板材的合金元素进行研究，提高合金板材的质量。
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