安全、環(huán)保和節(jié)能是當前汽車制造業(yè)發(fā)展的主題。汽車輕量化對減輕車身重量、減少耗油量和減排至關(guān)重要。研究表明：汽車每應(yīng)用1kg鋁材，可獲得2kg的減重效果；汽車每減重10%，油耗可降低6%～8%，尾氣排放量可減少4%[1-4]。鋁合金具有比強度高、耐腐蝕和良好的加工成形性，熱處理后強度可與鋼的媲美，因此可作為理想的汽車輕量化材料[5-6]。在汽車工業(yè)發(fā)達國家，18%的鋁材用于汽車制造，每輛汽車的平均用鋁量為140kg左右，并以每年20%～30%的速度增長。我國鋁合金板在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用與汽車制造業(yè)發(fā)達國家相比還有較大差距，汽車用鋁合金板材的研究與生產(chǎn)在我國顯得重要而迫切[7-9]。

　　車用鋁合金主要有2×××系（Al-Cu-Mg）、5×××系（Al-Mg）和6×××系（Al-Mg-Si)。5×××系是非熱處理強化鋁合金，成形性能優(yōu)良，主要用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的內(nèi)板件，但板材在沖壓變形時表面易出現(xiàn)呂德斯帶的缺陷。2×××系和6×××系均是可熱處理強化鋁合金，具有較高的強度和一定的烤漆硬化性，主要用于外板件及對強度和剛度要求較高的零件。2×××系鋁合金在烘烤時會出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，抗腐蝕性和焊接性均不如6×××系鋁合金[10]。6×××系鋁合金強度適中，成形性和耐蝕性好，綜合性能優(yōu)良，進行固溶淬火和自然時效處理后屈服強度較低，具有良好的沖壓成形性，而且在烤漆處理后強度提高，抗凹陷能力增強，因此該材料是汽車輕量化的首選材料[11-14]。本文作者主要針對6×××系鋁合金板材的合金元素、織構(gòu)、力學(xué)性能和沖壓成形性的相關(guān)研究進行綜述。

16×××系鋁合金的研究現(xiàn)狀

　　1.1 6×××系鋁合金的合金元素

　　6×××系鋁合金的主要合金元素是Mg和Si，添加少量的微合金元素可以提高合金的強度，改善其綜合性能。例如添加少量的Cu，可抵消Ti及V對導(dǎo)電性的不良影響；Zr或Ti能細化晶粒和控制再結(jié)晶組織；加入Pb與Bi能改善材料的切削性能[15]。

　　何立子和劉宏等[16-17]研究表明：在Mg不過剩的前提下，增加Mg含量(質(zhì)量分數(shù)，下同)，有利于提高合金的強度，但合金的屈服強度和伸長率隨Mg、Si含量的增加而降低，不利于合金的沖壓成形。

　　合金中含有相當量的Cu和Si，除生成Mg2Si相外，還會形成Cu2Mg8Si6Al5相，該相具有一定的自然時效能力，能顯著提高合金強度[18]。當Mn增加時，易形成粗大夾雜相α（AlMnFeSi），降低合金的極限強度。增加Cu含量，會產(chǎn)生更細密的顯微組織，增加合金強度。李海等[19]研究了Al-Mg-Si-(Cu)合金在連續(xù)升溫中的析出行為，證實Cu顯著地提高了Al-Mg-Si合金的時效硬化效果和速率。Sujoy和金曼等[20-21]研究了Cu元素對Al-Si-Mg合金淬火特性的影響，結(jié)果表明，當Cu含量超過0.57%時，合金形成GP區(qū)，經(jīng)170℃時效30min后，合金中還出現(xiàn)短針狀的β″相，加快合金的時效強化過程。

　　Mg2Si是Al-Mg-Si系合金的主要強化相（β相），其在鋁中的最大溶解度為1.85%，500℃時為1.05%，300℃時僅有0.27%[22-23]。6×××系鋁合金中Mg含量過剩時，合金的耐蝕性好，但強度與成形性能較差。當Si含量過剩時，合金的強度高，但成形性能及焊接性能較低。在生產(chǎn)實踐中難以保持Mg和Si的比例及其他元素的含量，都會對鋁合金的性能產(chǎn)生較大的影響。

　　1.2 6×××系鋁合金的織構(gòu)

　　鋁合金中的織構(gòu)可分為變形織構(gòu)和再結(jié)晶織構(gòu)，表1列出了6×××系鋁合金的主要織構(gòu)成分的密勒指數(shù)和歐拉角。EnglerO等[25]對6016鋁合金板材冷軋后的織構(gòu)進行了表征，結(jié)果表明越靠近板材中心Brass織構(gòu)越多，而越靠近板材表面Copper織構(gòu)越多。陳揚等[26]對6111鋁合金板材在熱軋-退火-冷軋等傳統(tǒng)軋制工藝過程中的織構(gòu)進行了表征，結(jié)果表明熱軋板織構(gòu)主要由Copper織構(gòu)、Brass織構(gòu)和S織構(gòu)構(gòu)成，此外還有少量的Goss織構(gòu)。

　　謝錦岳[27]對6016鋁合金軋制態(tài)和熱處理后的板材織構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，熱軋態(tài)織構(gòu)主要由Brass織構(gòu)、S織構(gòu)和Copper織構(gòu)組成，由于較高的終軋溫度，還存在部分再結(jié)晶織構(gòu)Ｒ。陳海軍[28]研究了固溶、時效對軋制織構(gòu)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)不同預(yù)時效處理后合金中織構(gòu)的類型基本不變而取向密度發(fā)生變化。

　　張克龍[29]對6016鋁合金冷軋織構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)冷軋過程中隨軋制道次的增加，形成以S織構(gòu)為主的變形織構(gòu)，且有在ND上的(112)和(110)面織構(gòu)和TD上的＜111＞絲織構(gòu)。

　　由上述可知，不同軋制條件和熱處理工藝對6×××系鋁合金的織構(gòu)成分有很大影響，然而織構(gòu)對6×××系鋁合金板材的各向異性和力學(xué)性能的影響研究較少，特別是織構(gòu)對合金在沖壓成形方面的影響還是空白，還有待進一步的研究和探索。

　　1.3 6×××系鋁合金的力學(xué)性能

　　鋁合金作為汽車車身材料，不僅使車身輕量化，而且在同樣的沖擊條件下比鋼的抗沖擊載荷能力強，有研究發(fā)現(xiàn)[30]鋁合金在比鋼輕47%的情況下能達到同樣的力學(xué)性能指標。6×××系合金不但可以通過添加少量多種合金元素來細化晶粒，改變再結(jié)晶狀態(tài)，還可以通過改進熱處理工藝和變形條件獲得良好的綜合性能[20]。

　　新型6×××系鋁合金經(jīng)560℃1h固溶、水淬+180℃8h人工時效后，抗拉強度為401N/mm2，屈服強度為356N/mm2，伸長率為17%[31]。張金鵬[10]通過試驗和有限元數(shù)值模擬對比了不同時效處理狀態(tài)的6016鋁合金的性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)完全人工時效處理的6016鋁合金的沖壓綜合性能最好。張士嬌等[32]對不同牌號的6×××系鋁合金組織與性能研究發(fā)現(xiàn)不同的熱處理對材料的力學(xué)性能有很大的影響，采用合適的熱處理方案可使材料的綜合力學(xué)性能明顯提高。此外，溫成形也可大幅提高6×××系鋁合金的沖壓成形性能。LAMBOO等[33]通過AA6016鋁合金的溫拉深實驗，發(fā)現(xiàn)在175℃時，拉深高度比常溫下提高了30%。Li等[34]研究發(fā)現(xiàn)，AA6111-T4鋁合金在溫變形條件下總伸長率提升了25%。李翔等[35]研究了溫變形對6061鋁合金力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明在160℃～230℃范圍內(nèi)，隨著成形溫度的上升，材料的硬度增強。韓小強等[36]研究6061-T6鋁合金板材溫熱狀態(tài)下的力學(xué)性能參數(shù)，發(fā)現(xiàn)在400℃時n值比室溫下降低了66.7%，而三個方向r值隨溫度變化不明顯，表明沿板材的斜向軋制方向的拉延與深沖性能較好，而垂直于軋制方向的成形性則較差。

　　表征板材成形性和力學(xué)性能的主要指標有：應(yīng)變硬化指數(shù)n、厚向異性系數(shù)r、屈服強度、抗拉強度和伸長率等。表2總結(jié)了常見的6×××系鋁合金在不同熱處理狀態(tài)下的力學(xué)性能，為了方便比較，同時也列出了冷軋鋼板的力學(xué)性能，表中ST表示固溶處理（Solutiontreatment），PA表示峰值時效（Peakaging），CＲ表示冷軋（Coldrolling）?？梢钥闯?，不同的熱處理方式可使6×××系鋁合金的屈服強度和抗拉強度接近甚至超過冷軋鋼板，但厚向異性系數(shù)r卻遠低于冷軋鋼板的。因此，6×××系鋁合金板材與鋼板相比，成形性、剛度和抗凹陷性都較低，容易發(fā)生回彈、起皺和表面損傷，影響表面質(zhì)量。

　　由此可見，要擴大6×××系鋁合金板材的實際應(yīng)用，還需進一步提高板材的成形性能指標，即厚向異性系數(shù)r值。目前，對6×××系鋁合金板材厚向異性系數(shù)r值的主要影響因素及其改善措施的研究尚不完善。

26×××系鋁合金板材的沖壓成形性

　　6×××系鋁合金主要用于汽車外表面覆蓋件，往往要求其具有較高的沖壓成形性和抗凹陷性。成形極限圖是判斷和評定金屬薄板成形性的最為簡便和直觀的方法，也是對板材成形性能的一種定量描述。圖1為6×××系鋁合金與IF鋼板的成形極限圖[38,42-46]。由圖1可知，在高溫或合適的熱處理工藝下6×××系鋁合金板材的成形極限曲線優(yōu)于室溫下IF鋼的成形極限曲線，然而在室溫下其成形極限卻遠低于IF鋼板的，能達到的極限應(yīng)變也遠小于IF鋼板的。因此，目前針對鋁合金的研究中，除了在合金化方面通過改變其成分來提高6×××系鋁合金的成形性外，在汽車覆蓋件的沖壓生產(chǎn)中，也需采用特殊工藝進行成形加工。

　　冷沖壓是一種常用的高生產(chǎn)效率的板材加工方式。但鋁合金室溫下成形性較差，因此熱處理、微合金化等手段成為提高鋁合金板材冷沖壓的重要方法[47]。李文意等[48]通過改變6×××系鋁合金中Mg和Cu的含量，得到具有良好的時效強化效果的CuAl2相，使材料的伸長率從8%增加到20%。馬鳴圖和張鈞萍等[49-50]對鋁合金的成形極限、烘烤硬化性和表面抗凹性等方面進行了研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)預(yù)處理工藝后得到的T4PD態(tài)（T4處理后進行預(yù)時效處理）鋁合金板材不僅成形性有提高，而且通過烤漆手段可提高板材抗拉強度和表面抗凹性。添加微合金元素是改變材料自身性能的最有效途徑，也是較為直觀的方法。然而，目前的研究主要集中在合金元素對微觀組織、第二相構(gòu)成以及力學(xué)性能的影響方面，合金元素的改變也會引起微觀織構(gòu)的變化，從而影響材料的成形性能，這些方面的研究數(shù)據(jù)還有待進一步完善。

　　從圖1中可知，在溫成形下的鋁合金板材具有較高的成形性，可以降低室溫成形過程中的缺陷，提高其綜合性能。因此越來越多研究者把目光投向了鋁合金板材的溫成形技術(shù)的研究。溫成形技術(shù)是將金屬板材加熱到能夠確保材料具有較好的延伸率的溫度下，然后迅速轉(zhuǎn)移到模具內(nèi)進行沖壓成形，從而獲得強度高、回彈小的金屬沖壓件。侯波等[51]采用M-K理論建立溫成形條件下的FLD預(yù)測模型得到n值和m值隨成形溫度的變化規(guī)律，研究表明升高溫度可以大幅增加鋁合金板的極限應(yīng)變。溫度的升高會導(dǎo)致板材軟化現(xiàn)象的發(fā)生，從而使強度降低，還可能會出現(xiàn)集中失穩(wěn)而斷裂。戴明華[37]研究了6×××系鋁合金材料在常溫100℃、150℃、200℃和250℃四種溫度下成形性試驗，結(jié)果表明200℃是四種成形溫度中的最佳成形溫度，能實現(xiàn)其成形深度達到28.2mm。成形過程中的壓邊力和潤滑條件對溫成形效果有一定影響，過大的壓邊力會使破裂提前，溫成形過程需采用潤滑才能保證必要的沖壓深度和表面質(zhì)量。馬聞宇[52]分析了壓邊力、摩擦因數(shù)和沖壓速度對熱沖壓成形性的影響，揭示了工藝參數(shù)對沖壓件的厚度分布、厚度均勻性、應(yīng)變路徑和失效形式的影響規(guī)律。李久輝[53]研究了板料成形溫度、壓邊力和摩擦因數(shù)對回彈影響的大小，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)板料加熱溫度影響最為顯著，壓邊力次之，摩擦因數(shù)影響最小。

　　因此，為提高6×××系鋁合金板材的沖壓成形性能，得到足夠的成形深度、較高的成形精度和良好的表面質(zhì)量，還需在微合金元素、熱處理狀態(tài)和沖壓成形工藝等方面做進一步研究與探索。

3結(jié)束語

　?。?）6×××系鋁合金中除了Mg和Si外，還有Mn、Cu等其他合金元素對合金的顯微組織、時效強化和硬度等產(chǎn)生了較大的影響。

　?。?）6×××系鋁合金的織構(gòu)分為變形織構(gòu)和再結(jié)晶織構(gòu)，不同的熱處理狀態(tài)和軋制過程產(chǎn)生的織構(gòu)成分不同?？棙?gòu)是板材各向異性的主要影響因素之一，在一定程度上也能體現(xiàn)合金板材的性能。

　　（3）在高溫或合適的熱處理工藝下6×××系鋁合金板材的成形極限曲線優(yōu)于室溫下IF鋼板的成形極限曲線，但厚向異性系數(shù)r遠低于冷軋鋼板的。因此，6×××系鋁合金板材與鋼板相比，成形性、剛度和抗凹陷性都較低，為使6×××系鋁合金板材更好地滿足汽車輕量化的需求，應(yīng)綜合考慮合金元素、織構(gòu)、熱處理狀態(tài)和成形工藝等方面的影響，研制出綜合性能更優(yōu)的車身板材，提升我國汽車制造的輕量化水平。

參考文獻：

［1］孫永飛，景作軍．汽車輕量化技術(shù)及其應(yīng)用［J］．汽車與配件，2010(23)：32－35．

［2］汪文奇．汽車沖壓領(lǐng)域的新材料及新工藝［J］．模具制造，2012(1)：62－66．

［3］龍江啟，蘭鳳崇，陳吉清．車身輕量化與鋼鋁一體化結(jié)構(gòu)新技術(shù)的研究進展［J］．機械工程學(xué)報，2008，44(6)：27－35．

［4］HUNGN，MAＲIONM．

Improvedformabilityofaluminumalloysusinglaserinducedhardeningoftailoredheattreatedblanks［J］．PhysicsProcedia，2012，39：318－326．

［5］朱則剛．鋁合金復(fù)合材料在汽車輕量化上的應(yīng)用［J］．輕金屬，2011(10)：3－6．

［6］ALEXANDEＲK，DANIELW，MAＲIONM．

InfluenceofashorttermHeattreatmentbyconductionandInductiononthemechanicalpropertiesofAA6014alloys［J］．PhysicsProcedia，2014，56(3)：1410－1418．

［7］王孟君，黃電源，姜海濤．汽車用鋁合金的研究發(fā)展［J］．金屬熱處理，2006，31(9)：34－38．

［8］武仲河，戰(zhàn)中學(xué)，孫全喜，等．鋁合金在汽車工業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展前景［J］．內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2008，5(9)：59－60．

［9］劉闖，姚嘉，等．鋁合金在汽車上的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景分析［J］．佳木斯大學(xué)學(xué)報，2006，24(4)：559－562．

［10］張金鵬．不同狀態(tài)6016鋁合金的沖壓成形性能研究［D］．合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2014．

［11］李冰峰．淺談汽車車身用鋁板帶的生產(chǎn)［J］．有色金屬加工，2012，41(4)：22－24．

［12］POGATSCHEＲ，ANTＲEKOWITSCH，LEITNEＲ，etal．

MechanismscontrollingtheartificialagingofAl-Mg-SiAlloys［J］．ActaMaterialia，2011，59(9)：3352－3363．

［13］SAKUＲAIT．

Thelatesttrendsinaluminumalloysheetsforautomotivebodypanels［J］．KobelcoTechnologyＲeview，2008，28(28)：22－28．

［14］王敏．預(yù)時效對6×××系鋁合金汽車車身板材烤漆硬化性能影響的機理［D］．沈陽：東北大學(xué)，2014．

［15］劉星興．微合金化及熱處理對車身用6016鋁合金組織與性能的影響［D］．長沙：中南大學(xué)，2013．

［16］何立子．Al-Mg-Si系合金組織性能［D］．沈陽：東北大學(xué)，2001．

［17］劉宏，趙剛，劉春明，等．Mn對Al-Mg-Si-Cu鋁合金車身板組織和性能的影響［J］．東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2005，26(4)：347－350．

［18］馮銀成．6061鋁合金熱變形及時效過程中的組織力學(xué)行為研究［D］．長沙：湖南大學(xué)，2010．

［19］李海，王秀麗，史志欣，等．Al-Mg-Si-(Cu)鋁合金在連續(xù)升溫中的析出行為［J］．中國有色金屬學(xué)報，2011，21(9)：2028－2034．

［20］CHAUDHUＲYSK，APELIAND．

EffectsofMgandCucontentonquenchsensitivityofAl-Si-Mgalloy［J］．InternationalJournalofMetalcasting，2016，10(2)：138－146．

［21］金曼，邵光杰．Cu對6082Al-Mg-Si合金時效初期析出相的影響［J］．中國有色金屬學(xué)報，2009，19(1)：1－7．

［22］JIY，ZHONGH，HUP，etal．

UseofthermodynamiccalculationtopredicttheeffectofSiontheageingbehaviorofAl-Mg-Si-Cualloys［J］．Materials＆Design，2011，32(5)：2974－2977．

［23］張建新，邵水軍，高愛華．Mg/Si質(zhì)量比對Al-Mg-Si系合金組織性能的影響［J］．輕金屬，2012，32(9)：56－59．

［24］楊中玉，張津，郭學(xué)博，等．鋁合金的織構(gòu)及測試分析研究進展［J］．精密成形工程，2013，5(6)：1－6．

［25］ENGLEＲO，HIＲSCHJ．

TexturecontrolbythermomechanicalprocessingofAA6xxxAl-Mg-Sisheetalloysforautomotiveapplications—areview［J］．MaterialsScience＆EngineeringA，2002，336(1)：249－262．

［26］陳揚，趙剛，劉春明，等．冷軋6111鋁合金板材固溶處理后的再結(jié)晶織構(gòu)［J］．中國有色金屬學(xué)報，2006，16(2)：333－338．

［27］謝錦岳．6016鋁合金板材的織構(gòu)和微觀組織研究［D］．重慶：重慶大學(xué)，2015．

［28］陳海軍．微量Sr對Al-Mg-Si-Cu基合金板材織構(gòu)及成形性能的影響［D］．鄭州：鄭州大學(xué)，2004．

［29］張克龍．6016鋁合金車身用板材工藝過程的組織和織構(gòu)演變研究［D］．重慶：重慶交通大學(xué)，2015．

［30］韋江濤．超細晶6061Al-Mg-Si鋁合金的力學(xué)性能和摩擦磨損行為［D］．南京：江蘇大學(xué)，2016．

［31］周筱靜．新型6×××系鋁合金熱變形行為及熱處理研究［D］．長沙：中南大學(xué)，2013．

［32］張仕嬌．熱處理對汽車車身用6022、6111鋁合金微觀組織及性能影響［D］．北京：北京有色金屬研究總院，2013．

［33］BOLTPJ，LAMBOONAPM，ＲOZIEＲPJCM．

Feasibilityofwarmdrawingofaluminiumproducts

［J］．JournalofMaterialsProcessingTechnology，2001，115(1)：118－121．

［34］LID，GHOSHA．

Tensiledeformationbehaviorofaluminumalloysatwarmformingtemperatures［J］．MaterialsScience＆EngineeringA，2003，352(1–2)：279－286．

［35］李翔，唐建國，張新明，等．溫變形對汽車車身用6061鋁合金自然時效及力學(xué)性能的影響［J］．中國有色金屬學(xué)報，2016，26(1)：1－6．

［36］韓小強，戴明華，胡平，等．汽車鋁合金覆蓋件輕量化溫成形技術(shù)關(guān)鍵問題［J］．鍛造與沖壓，2013(12)：38－42．

［37］戴明華．汽車車身6×××系鋁合金板材溫成形技術(shù)研究［D］．大連：大連理工大學(xué)，2014．

［38］葛麗麗．6016鋁合金板材沖壓成形性能研究［D］．大連：大連交通大學(xué)，2014．

［39］李文意，楊伏良，馬政，等．新型高塑鋁-鎂-硅系鋁合金的力學(xué)性能［J］．機械工程材料，2010，34(6)：58－60．

［40］曹零勇，郭明星，崔華，等．汽車用6111鋁合金板材力學(xué)性能和織構(gòu)研究［J］．材料熱處理學(xué)報，2013，34(7)：118－123．

［41］鄒京濱，王祝堂．汽車車身鋁合金薄板概要［J］．輕合金加工技術(shù)，2016，44(6)：1－6．

［42］盧金棟．汽車用輕量化鋁合金板材溫成形極限研究［D］．大連：大連理工大學(xué)，2014．

［43］徐?。甀F鋼成形極限的研究［D］．武漢：武漢理工大學(xué)，2015．

［44］SAFDAＲIANＲ．基于應(yīng)力成形極限圖的6061鋁合金成形特征［J］．中國有色金屬學(xué)報(英文版)，2016，26(9)：2433－2441．

［45］JAINM，ALLINJ，LLOYDDJ．

Fracturelimitpredictionusingductilefracturecriteriaforformingofanautomotivealuminumsheet［J］．InternationalJournalofMechanicalSciences，1999，41(10)：1273－1288．

［46］汪建強，郭麗麗，李永兵，等．6016鋁合金板材室溫成形性及其數(shù)值模擬［J］．塑性工程學(xué)報，2018，25(2)：43－51．

［47］郭正華．鋁合金板溫成形關(guān)鍵技術(shù)的研究［D］．武漢：華中科技大學(xué)，2004．

［48］李文意，楊伏良，馬政，等．新型高塑鋁-鎂-硅系鋁合金的力學(xué)性能［J］．機械工程材料，2010，34(6)：58－60．

［49］馬鳴圖，游江海，路洪洲，等．鋁合金汽車板性能及其應(yīng)用［J］．中國工程科學(xué)，2010，12(9)：4－20．

［50］張鈞萍，馬鳴圖，方剛，等．鋁合金板材抗凹性能研究［J］．中國工程科學(xué)，2014，16(1)：108－112．

［51］侯波，于忠奇，李淑慧，等．溫成形中鋁合金板成形極限圖的預(yù)測研究［J］．材料科學(xué)與工藝，2009，17(5)：616－619．

［52］馬聞宇．AA6082鋁合金熱沖壓成形控性規(guī)律研究及工藝優(yōu)化［D］．北京：北京科技大學(xué)，2016．

［53］李久輝．鋁合金板熱成形性能研究及工藝參數(shù)優(yōu)化［D］．吉林：吉林大學(xué)，2017．

聲明：本文內(nèi)容轉(zhuǎn)載自期刊輕合金加工技術(shù)，作者：汪建強，郭麗麗（大連交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，連續(xù)擠壓工程研究中心），文中觀點僅供分享交流，轉(zhuǎn)載請注明出處，如涉及版權(quán)等問題，請您告知，我們將及時處理！