6061合金時效及停放效應(yīng)的工藝探討

張洪輝，王 坤，劉景勝

山東南山鋁業(yè)股份有限公司鋁材總公司，山東 龍口265706

6061合金時效及停放效應(yīng)的工藝探討

張洪輝，王 坤，劉景勝

山東南山鋁業(yè)股份有限公司鋁材總公司，山東 龍口265706

6061鋁合金擠壓型材經(jīng)在線淬火處理后，在（175±5）℃、保溫8 h的時效制度下進(jìn)行人工時效時，發(fā)現(xiàn)停放時間對人工時效后型材的力學(xué)性能有較大影響．停放時間在3 h之內(nèi)，經(jīng)人工時效處理后，型材的強(qiáng)度較高，但延伸率偏低；在停放時間為8～20 h時，經(jīng)人工時效處理后強(qiáng)度下降較大．根據(jù)客戶對產(chǎn)品性能的不同要求，可選擇適當(dāng)?shù)耐７艜r間，合理安排生產(chǎn)，加強(qiáng)現(xiàn)場管理，監(jiān)督員工及時轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)行人工時效，以獲得理想的力學(xué)性能．

6061合金；時效時間；停放效應(yīng)

6061鋁合金屬于Al－Mg－Si系合金，中等強(qiáng)度，具有良好的塑性、抗蝕性和優(yōu)良的可焊性，且無應(yīng)力腐蝕開裂傾向．但其淬火敏感性較高，無法實現(xiàn)在線風(fēng)淬．該合金被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、車體、集裝箱和船舶等行業(yè)[1]．

我公司給國外某客戶提供的6061－T6511合金扁排，在人工時效后其屈服強(qiáng)度指標(biāo)偏低（HW硬度合格，拉伸性能指標(biāo)不合格），但經(jīng)二次時效后，可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求．為查清力學(xué)性能偏低的原因，筆者根據(jù)大量的生產(chǎn)實踐，總結(jié)了生產(chǎn)6061鋁型材的相關(guān)規(guī)律．本文重點闡述了6061合金的停放效應(yīng)對該合金力學(xué)性能的影響．

1 實驗部分

實驗所采用的坯料是經(jīng)均勻化處理的6061鋁合金鑄錠，合金成分列于表1．在我廠1350T擠壓機(jī)上進(jìn)行擠壓實驗，產(chǎn)品為工業(yè)扁排，壁厚6．35 mm．?dāng)D壓加工工藝條件列于表2．

表1 6061鋁合金的化學(xué)成分Table 1 Chemical composition of 6061 aluminum alloy

表2 擠壓加工工藝條件Table 2 Technological conditions for extrusion processing

擠壓實驗結(jié)束后，分別在產(chǎn)品的頭、中、尾部切取時效試樣（分別標(biāo)為B，C，D）．采用如下工藝對產(chǎn)品進(jìn)行時效：時效溫度175℃，誤差±5℃，時效時間8 h．對時效結(jié)束后的試樣進(jìn)行拉伸實驗，測其力學(xué)性能．

在微機(jī)控制的 WES－300型電子萬能試驗機(jī)上進(jìn)行拉伸實驗，加載速率為0．3～0．4 k N/s．

2 實驗結(jié)果與分析

2．1 停放時間對力學(xué)性能的影響

在實際生產(chǎn)中，型材在擠壓后不可避免地要經(jīng)過一定的存放時間（即停放時間），才進(jìn)行人工時效處理．所謂停放時間，是指擠壓制品經(jīng)風(fēng)冷或水冷淬火后到人工時效開始之間的時間，或擠壓制品從淬火爐出來后到人工時效開始之間的時間．

停放時間不同會不同程度地影響時效后的強(qiáng)化效果，這種現(xiàn)象稱為“停放效應(yīng)”．對于Al－Mg－Si系合金，停放時間對合金力學(xué)性能的影響程度，還受合金化學(xué)成分的影響．當(dāng)形成的Mg2Si質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1．0%時，合適的停放時間將會使人工時效后合金的強(qiáng)度增加．Mg2Si含量高于l%時，將會使人工時效后合金的強(qiáng)度降低，而且Mg2Si含量愈高，材料的力學(xué)性能降低愈大[1]．

Al－Mg－Si系合金在人工時效前放置一段時間，出現(xiàn)強(qiáng)化效果降低的現(xiàn)象，國內(nèi)外學(xué)者對此作了大量的研究工作[2]．他們相同的觀點是：此現(xiàn)象與室溫停放時產(chǎn)生的G．P．區(qū)重新溶解有關(guān)．隨著停放時間的延長，G．P．區(qū)將長大到人工時效溫度下難以重溶的尺寸，減少了沉淀硬化物析出的數(shù)量，從而降低了合金的強(qiáng)度．停放時間對6061合金力學(xué)性能的影響如圖1所示．

由圖1可以看出，6061合金經(jīng)固溶熱處理后，力學(xué)性能隨停放時間的變化而發(fā)生顯著變化．在8～12 h階段，材料的強(qiáng)度隨著停放時間的增加而逐漸下降，在12 h左右達(dá)到最低點；至20 h以后階段，材料的強(qiáng)度出現(xiàn)反彈．

擠壓變形出口處的溫度一般是500～530℃．在變形程度較大或變形復(fù)雜的情況下，出口溫度可達(dá)560～570℃．Cu Al2相、Mg2Si相在高溫下能夠充分溶于固溶體中，經(jīng)風(fēng)淬或水淬冷卻后，產(chǎn)生溶質(zhì)原子和空位雙重過飽和的固溶體，再經(jīng)過自然時效（100℃以下停放2 h）形成球狀GP區(qū)，其大小為1～6 nm．對于Al－Mg－Si系合金，自然時效進(jìn)行得非常緩慢，在室溫下停留半個月，甚至更長的時間，也達(dá)不到最佳的強(qiáng)化效果，比人工時效的強(qiáng)化效果要差30%～50%．因此，必須進(jìn)行人工時效（100℃以上）使過飽和固溶體進(jìn)一步分解脫溶[4－6]．

圖1 停放時間與強(qiáng)度變化的關(guān)系Fig．1 Relationship curve between stay time and strength change

2．2 停放時間對人工時效的影響

對6061合金擠壓扁排，停放6～24 h后進(jìn)行時效處理，處理后樣品的力學(xué)性能列于表3．由表3可知，由于停放時間的不同，時效后型材的力學(xué)性能波動較大，特別是屈服強(qiáng)度．A和E組即停放6 h和24 h試樣的力學(xué)性能完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求．B，C和D三組試樣雖然抗拉強(qiáng)度達(dá)到要求，但屈服強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)．這和2．1部分的實驗結(jié)果基本一致．對合金成分、生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析，均符合表1和表2之要求．對產(chǎn)品尾部重新取樣（D組）進(jìn)行二次時效，其力學(xué)性能列于表4．由表4可知，擠壓產(chǎn)品經(jīng)二次時效后，其力學(xué)性能均達(dá)到要求．

對擠壓車間生產(chǎn)的停放3 h的型材隨機(jī)取樣（F組），然后進(jìn)行時效處理，其性能列于表5．從表5可看出，F(xiàn)組試樣的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均高于標(biāo)準(zhǔn)的要求，但試樣延伸率偏低，沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求．

這說明停放時間在3 h之內(nèi)，可獲得較高的強(qiáng)化效果．因為此時獲得了尺寸適當(dāng)?shù)腉P區(qū)，人工時效時，Mg和Si原子繼續(xù)向硅偏聚團(tuán)上遷移，大量的晶核繼續(xù)成長，形成彌散的 Mg2Si強(qiáng)化相．同時，Cu Al2相也參加時效，型材的強(qiáng)度達(dá)到峰值[4－6]，但在此條件下，材料的延伸率處于標(biāo)準(zhǔn)值下限．

表3 時效后樣品的力學(xué)性能Table 3 Mechanical properties of specimens after aging

表4 二次時效樣品的力學(xué)性能Table 4 Mechanical properties of specimens after secondary aging

表5 停放3 h時效后樣品的力學(xué)性能Table 5 Mechanical properties of specimens after staying for 3h

3 結(jié) 論

人工時效采用（175±5）℃、保溫8 h的制度較合適．停放時間在3 h之內(nèi)，型材的強(qiáng)度較高，但延伸率偏低；人工時效應(yīng)避開8～20 h這段停放時間．可根據(jù)客戶對產(chǎn)品性能的要求，選擇適當(dāng)?shù)耐７艜r間，合理安排生產(chǎn)，加強(qiáng)現(xiàn)場管理，監(jiān)督員工及時轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)行人工時效，以獲得理想的力學(xué)性能．

[1]肖亞慶，謝水生，劉靜安，等．鋁加工技術(shù)實用手冊[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2005．

[2]祝偉忠，王虎臣，王煜，等．A6N01－T5鋁合金型材力學(xué)性能與停放效應(yīng)的關(guān)系[J]．輕合金加工技術(shù)，2007，35（9）：27－29．

[3]фИ科瓦索夫，ИH弗里德良捷爾．工業(yè)鋁合金[M]．韓秉誠，蔣香泉，譯．北京：冶金工業(yè)出版社，1981．

[4]王祝堂，田榮章．鋁合金及其加工手冊[M]．第1版．長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1989．

[5]《輕合金材料加工手冊》編寫組．輕金屬材料加工手冊（下）[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1980．

[6]劉靜安，付啟明．世界鋁加工最新技術(shù)（上冊）[M]．長沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1991．

Technology discussion on the aging and stay time effect of 6061 alloy

ZHANG Honghui，WANG Kun，LIU Jingsheng
Shandong Nanshan Aluminium Co．，Ltd．，Longkou 265706，China

An artificial aging on 6061 aluminum alloy extrusion profiles after online quenching is carried out at（175±5）℃for 8 hours．It is found that stay time has great influence on the mechanical properties of the profiles after artificial aging．When the stay time is 3 hours，the profile strength after artificial aging is higher but its elongation rate is lower；when stay time is 8－20 hours，the profile strength after artificial aging reduces largely．Therefore，according to the different requirements from customers on product properties，ideal mechanics performance can be obtained by choosing proper stay time and supervising the staff to transport materials in time for artificial aging．

6061 alloy；time limitation；parking effects

TG166．3

A

1673－9981（2011）03－0233－04

2010－11－15

張洪輝（1979－），男，山東龍口人，?？疲?/p>