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【摘要】当前，汽车零部件的加工制造已经逐步趋向于轻量化、高强化及精细化，将铝合金管材应用在汽车座椅支架中能够有效提升座椅的安全性能及降低油耗。基于此，笔者针对用于汽车座椅支架的铝合金管材的性能进行了研究分析，以供同行进行参考。
【关键词】汽车座椅支架，铝合金；管材性能；研究
一、铝合金管材的性能对于汽车零部件制备产品的重要性分析
经济水平的快速发展带动了汽车工业的迅速发展，在汽车零部件的制造过程中，逐步趋向于轻量化、高强化及精细化。而铝合金材料因其具备高比强度、较低的密度及优良的可加工型，适宜应用于汽车零部件的制备过程中。在应用铝合金材料的时候，其单位质量上的抗弯曲强度、抗拉伸强度及抗扭曲强度等均优于传统的钢结构管材。尤其是在汽车座椅支架上应用铝合金管材，不仅可以有效降低座椅的减震性、强度和刚度，还能实现能源消耗的降低。当前在制造铝合金管材的过程中，最佳的生产方法主要是热加压方法。而对于特薄的铝合金管材的生产及应用，其挤压生产方式相对还不够成熟，应用的范围也十分有限。在生产特薄铝合金管材的过程中，需严格控制铝合金的化学成分，铝合金坯体在进入挤压前的预热温度、模具的预热温度、挤压速度以及挤压比。而针对以上参数，挤压比对于制造特薄铝合金管材的重要性十分显著。
二、应用于汽车座椅支架中的铝合金管材性能研究
（一）实验方案设计
为研究铝合金管材的性能，我们选取三种铝合金原材料，其化学成分分别为A1(Mg：0.46；Zn:0.15；Mn:0.28；Si：0.08；Fe：0.002；Cu：0.004；Ni：0.001，其他成分≤0.02)；A2(Mg：0.45；Zn:0.35；Mn:0.30；Si：0.04；Fe：0.003；Cu：0.003；Ni：0.001，其他成分≤0.04)；A3（Mg：0.35；Zn:1.0；Mn:0.32；Si：0.01；Fe：0.002；Cu：0.002；Ni：0.001，其他成分≤0.03）。并运用挤压成形的方式，制造了汽车座椅支架所应用的薄壁管材。在挤压管材的时候，需首先清理原材料的表面，将差异清除，然后运用KM-500的挤压成型机挤压以上三种铝合金材料。挤压之后形成的管材的外径为25mm，内径为24.5mm，管壁厚度为0.5mm。重点研究不同挤压比对铝合金管材性能的影响。在具体实验中，选取挤压比分别为15,20,25,30以及35。挤压成功之后，在利用KL-50型的高温箱式电阻炉来热处理三种管材，并韧化处理管材的表面，且温度设置为300℃。预处理之后在对管材进行淬火处理。最后运用KWY-500C型的微机电子万能试验机来测试铝合金管材的拉伸性能，利用HV-100型的维氏硬度计来测量铝合金管材的硬度值。保持实验过程中的压力为98N，保压的时间设置为20s。
（二）结果分析与讨论
1.抗拉强度分析
实验中对采用不同挤压比成型的铝合金管抗拉强度以及伸长率进行了测试和分析。抗拉强度测试结果显示，A1,A2以及A3铝合金管材的抗拉强度随挤压比的增大，所制备的铝合金管材的抗拉强度均呈现先增大后减小趋势。同时，随Mg元素,Zn元素以及Mn元素的变化，A系列铝合金抗拉强度呈现先增加后下降趋势，如:挤压比为30时，A1铝合金的抗拉强度为280MPa,A2铝合金的抗拉强度为364MPa,A3铝合金的抗拉强度为279MPa。这是因为，一般情况下，Mg元素对铝的强化作用最为明显，而Mn元素的增加可以提高铝合金的伸长率，而Zn元素的添加虽然可以在一定程度可提高抗拉强度，但是也存在应力侵蚀开裂的倾向，这三种元素在A系列铝合金材料中添加量较多，三者的综合作用使得A2铝合金管材的强度较A1和A3高。
2.伸长率分析
实验结果显示，A系列铝合金管材的伸长率在相同挤压比的情况下呈现先增加后下降趋势，当挤压比为15时，A1,A2以及A3铝合金管材的伸长率分别为15.6%,16.8%以及14.9%。一般情况下，铝合金中随Mn元素添加量的增加，铝合金管材的伸长率会增大，而Zn元素的添加则会有应力侵蚀开裂的现象。此外随挤压比的增加，铝合金管材的伸长率均呈现逐渐减小的趋势，这是因为，铝合金管材在塑性变形过程中会存在加工硬化现象，在挤压成型过程中，还需对铝合金进行加热，这就会存在一个铝合金的动态再结晶，而这两个过程的综合作用，会使得铝合金管材的挤压比逐渐下降。
3.硬度值分析
实验中分别对不同挤压比的铝合金管材维氏硬度值进行了测试，实验结果显示，A系列铝合金管材的硬度值随挤压比的增加，呈现逐渐增加的趋势。此外，当A1至A3变化时，铝合金管材的硬度值呈现先增加后减小的趋势。随随Mg元素,Zn元素以及Mn元素的变化，铝合金管材硬度值先增加后下降。这是因为，合金元素对铝合金管材的硬度值会产生影响，通常情况下，Mg元素和Mn元素的添加可促使铝合金管材在挤压过程中的晶粒细化，同时还可促使铝合金管材中的不稳定位错重排，而Zn元素会在挤压过程中形成挤压应力。随着挤压比的增大，管材的变形会加大，必然会使得表面加工硬化增大，使得管材的晶粒更加细化，晶体交界而增多，从而使得管材宏观上抵抗外力变形的程度增大，最终使得管材的硬度值增加。综合分析A系列铝合金管材的抗拉强度、伸长率以及硬度值可知，A2铝合金管材样品较佳，当挤压比为30时，其性能最佳。
4.抗压扁性能分析
抗压扁性能是汽车座椅支架用铝合金管材使用性能表征的一个重要方面，实验中对A系列铝合金采用不同挤压比成型的铝合金管材的抗压扁性能进行了测试和分析，测试结果利用管材在压制过程中出现裂纹时候的椭圆度进行描述，随挤压比的增加，A系列铝合金管材椭圆度呈现先增加，后减小的趋势。挤压比相同时候，A1配方至A3配方的椭圆度呈先增加后下降趋势，如当挤压比为15时，A1配方铝合金管材椭圆度为0.56,A2为0.65,A3为0.49。总之，当挤压比增大时，有利于成型过程中管材晶粒的细化，从而有利于管材承受更大的压力。
5.显微结构分析
分别采用挤压比为15和30对A2铝合金进行挤压成型管材，断口处均出现不同大小的窝状结构。当挤压比为15时，窝状结构尺寸为30μm左右，而当挤压比为30时，窝状结构尺寸为5μm左右，且分布均匀。同时，从断口中还可发现，挤压比不同，但均出现拉伸断裂的台阶状结构，还有微小的棱状结构。综合分析可知，铝合金管材在拉伸断裂过程中，断裂方式表现为韧性断裂，同时伴随着解理断裂。综合分析可知，利用A2铝合金，挤压比30时，可制备满足汽车座椅支架用的铝合金管材。
总之，通过对A1，A2，A3三种化学成分不同的铝合金管材的制备性能进行研究分析，可以得到以下结论：第一，运用A2铝合金材料，并设定挤压比为30的时候，所获得的铝合金管材的性能最佳，其能够实现抗拉强度值为364MPa，伸长率为15.1%，硬度值为55.6HV10,椭圆度为0.76；第二，制备铝合金管材的过程中，添加Mg元素和Mn元素能够促使铝合金管材挤压过程中出现晶粒细化现象，还能促使铝合金管材出现不稳定位错重排，此外添加Zn元素会促使挤压过程中产生挤压应力；第三，挤压比不断增加促使铝合金管材在挤压中形成更加细小的晶粒，晶体的界面有所增加，能够切实提高挤压成型之后的铝合金管材的抗拉强度及硬度值。
参考文献
[1]刘记伟,罗建华,刚建伟.2219铝合金Φ42mm×15mm管材的生产工艺研究[J].轻合金加工技术,2012,07
[2]李铁军,董宇,郭青苗.大直径薄壁5A02铝合金管材旋压生产工艺研究[J].锻压技术,2014,05