含量对车用铝合金壳体力学性能影响

铝合金作为一种社会经济建设与国家安全建设重要的工程材料，铝合金与传统金属相比，铸造性、耐蚀性以及比强度都远远高于传统金属材料，在航天、汽车、机械制造等多个领域都有着广泛应用，并且因铝合金良好的材料性能，在车用壳体的应用前景十分巨大[1]。

目前来说，我国中长期科技发展纲要主要围绕交通运输行业开展，而壳体作为车辆主要部分，使用合金材料有效减轻沉量整体质量。

随着汽车工业在应用过程中，对产品高强化与轻量化要求的不断提升，如何提高车用铝合金壳体轻量化与高强化性能，扩大其使用范围，成为目前需要解决的首要问题。

1 Si含量对车用铝合金壳体力学性能影响研究

汽车动力经济因汽车资源不断的消耗，成为目前制约汽车工业发展的主要问题[2]。

为了获得更好的动力经济指标，让汽车制造业向着更好的方向发展，实现汽车的轻量化研究是十分必要的。在研究过程中，首先要以保证汽车整体性能为前提，从而实现对汽车总质量的减少，其中主要从材料与铸造工艺两方面对车用铝合金壳体进行优化。

目前来说，车用铝合金壳体主要采用6061铝合金[3]。6061铝合金我Al-Mg-Si系铝合金，与其他铝合金相比这一铝合金具有强度高、可塑性好、耐腐蚀以及可焊接等优点。而这一结构作为一种轻结构材料，广泛应用于汽车外壳中。

1.1 实验目标

6061铝合金中主要元素为Mg与Si，其中Si质量分数占整体铝合金质量分数的0.4%～0.8%，因此Si对6061铝合金组织性能具有非常重要的影响。6063铝合金中Si的含量会直接影响要整体合金的流动性以及铸造性能。

因此，在Mg含量一定的情况下，Si含量的改变会对6061铝合金产生一定的影响[4]。

基于Si元素对车用铝合金壳体性能的重要性，通过对不同的Si含量车用铝合金壳体进行拉伸强度、维氏硬度等实验，从而研究Si含量对车用铝合金壳体力学性能影响。

1.2 实验方法

在Si含量对车用铝合金壳体力学性能影响研究实验中，采用井式电阻炉对石墨坩埚进行熔炼。在熔炼中温度为750℃，保温放置30min后温度降至720℃进行浇注。在实验中设计里5种不同Si含量成分，分别对其设计成分与实际成分进行测定，结果如表1所示：

表1 铝合金Si元素设计成分与实测成分编号 A1 A2 A3 A4 A5 Si设计成分（%） 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Si实际成分（%） 0.178 0.387 0.611 0.793 1.030

实验中，材料处理工艺主要为535℃固溶，材料经过热处理后进行抛光打磨，将其放入2%硝酸钾酒精中进行腐蚀，最后利用ZEISS-IMAGER型光学显微镜对材料进行照片拍摄。利用Instron 8032型万能实验机在室温下对处理后材料进行拉伸，其拉伸速度为1mm·min-1[5]。

为验证Si含量对车用铝合金壳体力学性能影响，对实验结果进行分析。通过对5种不同Si含量铝合金力学性能进行分析后，在控制单一变量的前提下，分别记录每组实验结果。为保证实验的公平性，各组参数始终保持一致，对各组实验结果进行记录。

图1 不同Si含量车用铝合金拉伸度对比

2 实验结果分析

各组同时对不同Si含量车用铝合金拉伸度进行实验，分别记录0.2、04、0.8、1.0Si含量铝合金拉伸率。

为避免突发性事件对实验结果造成的干扰，各组处理参数相同，具体结果如图1所示。

3 实验结论

分析图1可知，不同Si含量车用铝合金拉伸度对比实验中，随着铝合金中Si含量的增加，含量1.0%的铝合金与含量0.2%的铝合金相比，虽然强度得到很大的提升，但是拉伸率却有很大程度的降低。

随着铝合金中Si含量的不断增加，铝合金伸长率在含量0.2%～0.6%的范围内逐渐提高，并且在含量0.6%时达到最佳。随着Si含量的继续增加，铝合金伸长率开始有所下降。但铝合金硬度在含量0.2%～0.6%范围内持续增加，在含量0.8%时得到降低后，在含量1.0%继续增加。根据以上可以看出，通过综合分析不同Si含量车用铝合金拉伸度，车用铝合金在Si含量为0.6%时，综合性能最佳。

4 结语

随着铝合金在汽车制造行业中的广泛应用，想要对汽车产品高强化与轻量化要求的不断提升，提高车用铝合金壳体轻量化与高强化性能成为重要的切入点之一。想要获得更好的动力经济指标，需要首先实现汽车的轻量化，实现对汽车总质量的减少。

车用铝合金壳体主要材料为6061铝合金，因此对Si含量对车用铝合金壳体力学性能影响能够有效帮助改善汽车整体质量，减少汽车消耗。在研究过程中，通过对不同Si含量车用铝合金的拉伸度进行实验，从而测定出不同Si含量车用铝合金的力学性能。

文章来源：《力学学报》 网址: http://www.lxxbzz.cn/qikandaodu/2021/0710/664.html