0 引言

Al-Mg-Si（6XXX系）铝合金的主要合金元素为Mg和Si，凭借固溶热处理后可热处理强化的特性以及良好的耐蚀性、成形性、烘烤硬化性和可回收性等优势，被广泛应用于汽车覆盖件（四门两盖）、结构件等。相较6005、6014和6016铝合金的材料强度，6451铝合金通过成分优化调整和工艺控制可达到更高强度，同时也可降低板材的厚度范围，达到更大比例的减重效果。

冉继龙等人分析了不同均匀化温度和固溶制度的6451铝合金显微组织和性能的演变规律，通过分析可知，均匀化温度和固溶制度改变对第二相（含铁相、Q相以及Mg2Si相）、晶粒尺寸、力学性能和电导率等均有影响。王艺川等人针对6451铝合金的起皱、开裂和回弹等冲压成形问题展开研究，主要通过分析自然时效时间、本构模型及关键工艺参数等对冲压成形的影响趋势，更好地解决了冲压与回弹问题。

根据以上研究发现，6451铝合金在热轧工序方面并未进行大量的研究。热轧工序是汽车板材生产过程中较为重要的一个环节。热轧过程温度较高，变形量较大，在这个过程通常会发生动态再结晶，对织构和相尺寸、分布等均会有不同程度的影响，因此，终轧温度的选取非常重要。本文主要研究终轧温度对6451铝合金组织、织构以及性能的影响规律，更好地建立工艺、组织与性能之间的关系。

1 试验制备与方法

本文以1.5mm厚度的6451铝合金作为研究对象，其化学成分见表1。板材的生产过程分为熔炼、铸造、均匀化、热轧、冷轧、固溶、预时效、表面预处理以及涂油，板材合金状态为T4P态，为保证单一因素的影响，本次研究只在终轧温度方面进行调控，主要为300℃和350℃。

其中，6451铝合金的组织、织构和力学性能分析均在特定设备上进行。采用万能拉伸试验机对0°、45°以及90°方向T4P态试样进行力学性能检测，参照标准ASTME8/E8M、ASTME646、ASTME517；利用金相显微镜观察T4P态表层晶粒形貌，并利用截距法测量晶粒尺寸；T4P态的织构组分及体积分数占比通过X射线衍射仪（XRD）进行测量和分析；同时，采用电子背散射衍射仪（EBSD）观察T4P态的晶粒取向、晶粒尺寸以及织构分布；利用扫描电镜（SEM）分析T4P态第二相的分布情况。

2 试验结果及分析

2.1 不同终轧温度的力学性能分析

300℃和350℃终轧温度的T4P态力学性能数据见表2，从数据上可以看出，终轧温度对抗拉强度Rm、屈服强度R_p0.2、塑性应变比r值（r₀、r₄₅和r₉₀）影响较大，延伸率（A50、Ag）以及加工硬化指数n值无明显变化。随着终轧温度升高（300℃→350℃），R_m和R_p0.2降低3～5MPa，r₀、r₉₀呈降低趋势，分别由0.6822%降低至0.5869%和0.7941%降低至0.6456%，r₄₅则与r₀、r₉₀相反，呈增长趋势，由0.3250%提高至0.4166%。终轧温度升高至350℃时使3个方向r值更为接近，平面各向异性∆r[(r₀+r₉₀-2r₄₅)/2]越小，为0.1997（300℃为0.4132），其在冲压成形过程中可以使变形更加均匀。研究表明，r值变化与织构组分、体积分数占比有密切联系，Cube织构的∆r为1，轧制织构（Copper、S、Brass）与R织构的∆r较低，分别为-5.7、-5.1、-8.1和-1.2，其织构的占比可直接影响材料的r值，同时r值、屈服强度各向异性还与晶粒形态相关，等轴态晶粒可以降低∆r值和力学性能的各向异性，长宽比较大的晶粒则增大∆r值。

2.2 不同终轧温度的组织、织构演变分析

不同终轧温度的T4P态金相组织如图1所示，由图可知，300℃终轧温度的平均晶粒尺寸为53μm，升高终轧温度至350℃时，平均晶粒尺寸降低至44μm。基于Hall-Petch公式，晶粒尺寸越大，强度会随之降低，根据这种强度演变规律，发现晶粒尺寸并不是影响强度的主要因素，结合终轧温度，推测强度变化主要与固溶强化相关性较大。同时，终轧温度升高后的晶粒形态逐渐由拉长状（长宽比较大）转变为近似等轴状，3个方向的屈服强度各向异性降低。

图1 不同终轧温度的T4P态金相组织图

不同终轧温度的T4P态ODF图如图2所示，织构体积分数见表3，从图2和表3可知，300℃终轧温度的再结晶织构（Cube、CubeND、Goss、R）体积分数占比（57.9%）高于350℃终轧温度（44.2%），轧制织构（Copper、Brass、S）体积分数占比（5.23%）低于350℃终轧温度（10.52%）。其中，随着终轧温度的升高（300℃→350℃），Cube织构占比降低，Goss、R、轧制织构占比增加，这是由于终轧温度高，在热轧轧制或卷取过程中大部分会发生再结晶，消耗了大量的储存能，在后续同样固溶条件下，相对较低的终轧温度，再结晶形核率降低，因此，Cube织构占比降低，轧制织构占比增加，其他晶粒取向织构有更多机会形核，使Goss织构占比增加。另外，R织构演变主要与S织构相关，S织构占比多，R织构占比呈增加趋势。有研究表明，不同织构占比对3个方向（0°、45°和90°）r值的影响规律，Cube、Brass、Copper和S织构沿0°、45°和90°方向的r值贡献率来源于Taylor模拟计算，其中，Cube织构在0°和90°方向的r值较高，说明Cube织构有利于提高r₀和r₉₀；Brass、Copper和S织构在45°方向的r值较高，说明有利于提高r₄₅。根据以上演变规律可以看出，300℃和350℃终轧温度的织构占比与3个方向r值变化趋势相一致。

图2 不同终轧温度的T4P态ODF图

不同终轧温度的T4P态EBSD晶粒取向、晶粒尺寸以及织构分布如图3所示，由图可知，300℃终轧温度的小角度晶界（0°~15°）占比为44.4%，大角度晶界（＞15°）占比为55.6%，当终轧温度升高至350℃时，小角度晶界占比增加，为48.3%，大角度晶界（51.8%）占比降低，这代表350℃终轧温度的T4P态再结晶程度相较300℃终轧温度的低。300℃和350℃终轧温度的平均晶粒尺寸分别为50.99μm和49.3μm，其中，300℃终轧温度的较大尺寸晶粒占比较大，EBSD的平均晶粒尺寸与金相的不一致，这是由于EBSD观察的区域更局部。同时，从织构分布图中可以看出，350℃终轧温度的Cube织构占比（0.073）相较300℃终轧温度下的织构占比（0.060）低，这与上述XRD观察的ODF图变化趋势相一致。

图3 不同终轧温度的T4P态EBSD晶粒取向、晶粒尺寸以及织构分布
(a)300℃;(b)350℃
注：a1、a2和b1、b2代表晶粒取向图及对应Map图；a3和b3代表晶粒尺寸图；a4、a5和b4、b5代表织构分布图及对应Map图

图4所示为不同终轧温度的T4P态SEM图，对应的EDS能谱结果见表4，从图4和表4中可以看出，300℃和350℃终轧温度的第二相种类相同，均为白色的含铁相（AlFeSi和AlFeMnSi）和黑色的Mg2Si相，但350℃终轧温度的Mg2Si相并未完全回溶，细小的第二相阻碍晶粒长大，导致晶粒尺寸相较300℃终轧温度的小，同时也更好地解释了终轧温度升高导致强度较低的原因，主要与固溶强化相关。

图4 不同终轧温度的T4P态SEM图

3 结语

本文针对汽车用铝合金结构件需求进行6451铝合金组织、织构和性能的影响研究。其中，终轧温度对6451铝合金组织和性能影响较大，分析不同终轧温度对6451铝合金组织和性能的影响规律至关重要。以下为不同终轧温度的6451铝合金的相关结论。

（1）终轧温度对抗拉强度Rm、屈服强度R_p0.2和塑性应变比r值影响较大。当终轧温度由300℃升高至350℃时，强度、3个方向屈服强度各向异性、r₀、r₉₀降低，r₄₅增加。

（2）随着终轧温度升高（300℃→350℃），平均晶粒尺寸降低，晶粒形态更趋向于等轴状，第二相（包括含铁相和Mg2Si）种类相同，同样的固溶条件下，Mg2Si相未完全回溶，强度降低与固溶强化相关。

（3）当终轧温度由300℃升高至350℃时，再结晶织构占比降低，轧制织构占比增加，织构与3个方向r值演变密切相关。其中，Cube织构占比降低，Goss、R、轧制织构占比增加导致r₀和r₉₀降低，r₄₅增加。另外小角度晶界占比提高，大角度晶界占比降低，表明再结晶程度相对较低。

综上所述，终轧温度对6451铝合金组织、织构和性能有较大影响，通过温度升高可以改变晶粒尺寸、第二相分布、织构占比及再结晶程度，最终影响材料性能演变规律。

参考文献

[1] Aleksanda r D，Roumen H，Peter De S，et al. Microstructure controlled bending response in AA6016 Al alloys [J]. Materials Science and Engineering A，2011， (528): 7068-7076.

[2] Zang R J，Ding L P，Flemming J,H,et al. The influence of Cu content and Mg/Si ratio on the strength and formability in Al-Mg-Si-Cu alloys [J]. Materials Characterization，2023，(205): 113355.

[3] Zhang K，He Q S，Jeremy H, R，et al. Correlation of textures and hemming performance of an AA6XXX aluminium alloy [J]. Journal of Alloys and Compounds， 2021，(853): 157081.

[4] Zhao J W，Shi X C，Liu M，et al. Effect of hot rolling finishing temperature and intermediate annealing on the microstructure, texture evolution, and comprehensive properties of Al-Mg-Si alloy [J]. Journal of Alloys and Compounds，2024，(970): 172525.

[5] 陈凯欣 .6A16 铝合金车身板制备加工过程中的组 织和织构演变研究 [D]. 北京 : 北京有色金属研究总 院 ,2023.

[6] Liu F，Sun L，Zhao G Q，et al. Microstructure and mechanical properties of longitudinal weld in 6005A aluminum alloy profile extruded by a porthole die [J]. Journal of Materials Research and Technology，2024，(28): 2552-2571.

[7] 李振国 . 汽车用 AA6014 合金板材的成分 - 热处理工 艺 - 微观组织 - 性能的关联性研究 [D]. 重庆 : 重庆大 学 ,2020.

[8] 孟双 , 徐志远 , 杨立民 , 等 . 退火工艺对 6016 铝 合金板材组织性能的影响 [J]. 轻合金加工技 术 ,2025,53(6):40-48.

[9] 孙 宁 , 王经涛 , 徐志远 , 等 . 中间退火工艺对 6016 铝合金板材组织及性能的影响 [J]. 锻压技 术 ,2024,49(12):166-175.

[10] 冉继龙 , 史晓成 , 亓鹏 , 等 . 均匀化温度对 6451 铝合 金显微组织及性能的影响 [J]. 铝加工 ,2024(5):12-17.

[11] 冉继龙 , 陈凯欣 , 赵经纬 , 等 . 固溶对 6451 铝合金组织及力学性能的影响 [J]. 材料工程 ,2024,52(12):91-99.

[12] 王艺川 . 汽车内覆盖件用高强 6451 铝合金材料冲 压成形与回弹预测及控制研究 [D]. 福州 : 福建理工 大学 ,2024.

[13] Sidor J，Miroux A，Petrov R，et al. Microstructural and crystallographic aspects of conventional and asymmetric rolling processes [J]. Acta Materialia， 2008，56(11) ：2495-2507.

[14] Guo M X，Zhu J，Zhang Y，et al. The formation of bimodal grain size distribution in Al-Mg-Si-Cu alloy and its effect on the formability [J]. Materials characterization，2017，132 ：248-259.

[15] Cho K K，Chung Y H，Lee C W，et al. Effects of grain shape and texture on the yield strength anisotropy of Al-Li alloy sheet [J]. Scripta Materialia，1999，40(6) ：651-657.

[16] OSKOOIE M S，ASGHARZADEH H，KIM H S. Microstructure， plastic deformation and strengthening mechanisms of an Al-Mg-Si alloy with a bimodal grain structure [J]. Journal of Alloys and Compounds， 2015，632 ：540-548．

[17] Inoue H，Takasugi T. Texture control for improving deep drawability in rolled and annealed aluminum alloy sheets [J]. Materials Transactions，2007， 48(8) ：2014-2022.

[18] W a n g X C，Wang Y，Zhao Y X，e t a l . Microstructural evolution and uniformity regulation in twin-roll casting Al–Mg–Si alloy plates via recrystallization annealing [J]. Journal of Materials Research and Technology，2025，37，1748-1761.

本文为“AI汽车制造业”首发，未经授权不得转载。版权所有，转载请联系小编授权（VOGEL100）。本文作者：迟蕊¹麻慧琳^1,3徐志远¹,3韩欣^1,2王磊¹，单位：1.山东南山铝业股份有限公司龙口南山铝压延新材料有限公司烟台265700；2.烟台南山学院材料科学与工程学院烟台265700；3.山东省铝合金材料制备与成形重点实验室烟台265700。责任编辑龚淑娟，责任校对何发。本文转载请注明来源：AI汽车制造业