6061合金时效及停放效应的工艺探讨.pdf

第５卷第３期２０１１年９月材料研究与应用ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＡＰＰＬＩＣＡＴｌｏＮＶ０１．５，ＮＯ．３Ｓｅｐｔ．２０１１———文章编号：１６７３９９８１（２０１１）０３０２３３０４６０６１合金时效及停放效应的工艺探讨张洪辉，王坤，刘景胜山东南山铝业股份有限公司铝材总公司．山东龙口２６５７０６●℃摘要：６０６１铝合金挤压型材经在线淬火处理后．在（１７５士５）、保温８ｈ的时效制度下进行人工时效时．发现停放时间对人工时效后型材的力学性能有较大影响．停放时间在３ｈ之内．经人工时效处理后，型材的强度较高．但延伸率偏低；在停放时间为８～２０ｈ时．经人工时效处理后强度下降较大．根据客户对产品性能的不同要求。可选择适当的停放时同．合理安排生产。加强现场管理．监督员工及时转运进行人工时效．以获得理想的力学性能．关键词：６０６１合金；时效时间；停放效应中图分类号：ＴＧｌ６６．３文献标识码：Ａ—６０６１铝合金属于Ａ１一ＭｇＳｉ系合金，中等强度，具有良好的塑性、抗蚀性和优良的可焊性，且无应力腐蚀开裂倾向．但其淬火敏感性较高，无法实现在线风淬．该合金被广泛应用于汽车制造业、车体、集装箱和船舶等行业【１］．我公司给国外某客户提供的６０６１－Ｔ６５１１合金扁排，在人工时效后其屈服强度指标偏低（ＨＷ硬度合格，拉伸性能指标不合格），但经二次时效后，可以达到标准要求．为查清力学性能偏低的原因，笔者根据大量的生产实践，总结了生产６０６１铝型材的相关规律．本文重点阐述了６０６１合金的停放效应对该合金力学性能的影响．１实验部分实验所采用的坯料是经均匀化处理的６０６１铝合金铸锭，合金成分列于表１．在我厂１３５０Ｔ挤压机上进行挤压实验，产品为工业扁排，壁厚６．３５ｍｍ．挤压加工工艺条件列于表２．裹１６０６１铝合金的化学成分‘Ｔａｂｌｅ１Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆ６０６１ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ表２挤压加工工艺条件Ｔａｂｌｅ２Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ—收稿日期：２０１０一１１１５作者简介：张洪辉（１９７９一）。男。山东龙口人．专科．万方数据２３４材料研究与应用２０１１挤压实验结束后，分别在产品的头、中、尾部切取时效试样（分别标为Ｂ，Ｃ，Ｄ）．采用如下工艺对产℃品进行时效：时效温度１７５，误差±℃５，时效时间８ｈ．对时效结束后的试样进行拉伸实验，测其力学性能．在微机控制的ＷＥＳ－３００型电子万能试验机上进行拉伸实验，加载速率为０．３～ｏ．４ｋＮ／ｓ．２实验结果与分析２．１停放时间对力学性能的影响在实际生产中，型材在挤压后不可避免地要经过一定的存放时间（即停放时间），才进行人土时效处理．所谓停放时间，是指挤压制品经风冷或水冷淬火后到人工时效开始之间的时间，或挤压制品从淬火炉出来后到人工时效开始之间的时间．停放时间不同会不同程度地影响时效后的强化“”—效果，这种现象称为停放效应．对于ＡＩＭｇ－Ｓｉ系合金，停放时间对合金力学性能的影响程度，还受合金化学成分的影响．当形成的Ｍｇ：Ｓｉ质量分数低于１．ｏＨ时，合适的停放时间将会使人工时效后合金的强度增加．ＭｇｚＳｉ含量高于１％时，将会使人工时效后合金的强度降低，而且ＭｇｚＳｉ含量愈高，材料的力学性能降低愈大ｎ］．——ＡｌＭｇＳｉ系合金在人工时效前放置一段时间，出现强化效果降低的现象，国内外学者对此作了大量的研究工作［２］．他们相同的观点是：此现象与室温停放时产生的Ｇ．Ｐ．区重新溶解有关．随着停放时间的延长，Ｇ．Ｐ．区将长大到人工时效温度下难以重溶的尺寸，减少了沉淀硬化物析出的数量，从而降低了合金的强度．停放时间对６０６１合金力学性能的影响如图１所示．由图ｌ可以看出，６０６１合金经固溶热处理后，力学性能随停放时间的变化而发生显著变化．在８～１２ｈ阶段，材料的强度随着停放时间的增加而逐渐下降，在１２ｈ左右达到最低点；至２０ｈ以后阶段，材料的强度出现反弹．℃挤压变形出口处的温度一般是５００～５３０．在变形程度较大或变形复杂的情况下，出１３温度可达℃５６０～５７０．ＣｕＡｌ２相、Ｍ９２Ｓｉ相在高温下能够充分溶于固溶体中，经风淬或水淬冷却后，产生溶质原子和空位双重过饱和的固溶体，再经过自然时效℃（１００以下停放２ｈ）形成球状ＧＰ区，其大小为ｌ＂－－６—ｎｍ．对于ＡＩ－ＭｇＳｉ系合金，自然时效进行得非常缓慢，在室温下停留半个月，甚至更长的时间，也达不到最佳的强化效果，比人工时效的强化效果要℃差３０％～５０％．因此，必须进行人工时效（ｉｏｏ以上）使过饱和固溶体进一步分解脱溶［４咱］．母厶芝越鹱停放时间，ｈ图１停放时间与强度变化的关系Ｆｉｇ．１Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｃｕｒｖｅｂｅｔｗｅｅｎｓｔａｙｔｉｍｅａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｃｈａｎｇｅ２．２停放时间对人工时效的影响对６０６１合金挤压扁排，停放６＂－２４ｈ后进行时效处理，处理后样品的力学性能列于表３．由表３可知，由于停放时间的不同，时效后型材的力学性能波动较大，特别是屈服强度．Ａ和Ｅ组即停放６ｈ和２４ｈ试样的力学性能完全符合标准要求．Ｂ，Ｃ和Ｄ三组试样虽然抗拉强度达到要求，但屈服强度低于标准．这和２．１部分的实验结果基本一致．对合金成分、生产工艺进行分析，均符合表１和表２之要求．对产品尾部重新取样（Ｄ组）进行二次时效，其力学性能列于表４．由表４可知，挤压产品经二次时效后，其力学性能均达到要求．对挤压车间生产的停放３ｈ的型材随机取样（Ｆ组），然后进行时效处理，其性能列于表５．从表５可看出，Ｆ组试样的抗拉强度和屈服强度均高于标准的要求，但试样延伸率偏低，没有达到标准要求．这说明停放时间在３ｈ之内，可获得较高的强化效果．因为此时获得了尺寸适当的ＧＰ区，人工时效时，Ｍｇ和Ｓｉ原子继续向硅偏聚团上迁移，大量的晶核继续成长，形成弥散的Ｍｇ。Ｓｉ强化相．同时，“ＣｕＡＩ。相也参加时效，型材的强度达到峰值ｔ］，但在此条件下，材料的延伸率处于标准值下限．万方数据第５卷第３期张洪辉．等：６０６１合金时效及停放效应的工艺探讨２３５———————————————————————————————————————————————一一一一一襄３时效后样品的力学性能Ｔａｂｌｅ３Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓａｆｔｅｒａｇｉｎｇ——————————————————————————————————————————————————一一＿一试样编号供应状态硬度（Ｈｗ）蝴／ＭＰａ屈服强度／ＭＰａ延伸率Ａｓｏ／％备注—————————————————————————————————————————————１ｒ一一一：：１５２９３・ｏ２６３・５１７停放６ｈ。’Ａ厅从’纛Ｔ６５１１１５２９２・３２６Ｌ９２０合格Ａ々口ｍ～１４２８５．２２６０．２１６——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————一。垒墨一’Ｂｌ１５２８５．１２３３．３１３Ｂ２Ｔ６５１ｌ１５２８２．６２３７．９１４停放ｌＯｈ．不合格Ｂ３１５２８１．２２３０．２１３Ｃ１１４２５４・２２２４・７１４停放１２ｈ．Ｃ２Ｔ６５１１１４２５２・３２１７．１１５不合格Ｃ３１４２５６．３２２０．５１６——————————————————————————————————————————————————————————————————．一，一一一一ＤＩ－１１４２９０・９２３１．２２０停放２０ｈ．‘Ｄ２ｌＴ６５１１１４２８７・１２３９・ｌ２３不合格Ｄ３．１１４２９３．３２３８．８２０Ｅ１１５２９６・６２４７・１２０停放２４ｈ．Ｅ２Ｔ６５１１１５３００・０２４７，２１７合格Ｅ３１５２９６．０２４６．６１５ＡＳＴＭＢ２２１Ｔ６５１１／２６２２４１１０标准值表４二次时效样品的力学性能Ｔａｂｌｅ４Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓａｆｔｅｒｓｅｃｏｎｄａｒｙａｇ，ｎｇ试样编号供应状态硬度（Ｈｗ）抗拉强度／ＭＰａ屈服强度／ＭＰａ延伸率Ａｓ。／％备注Ｄ１．２．１４２９７２５７１６Ｄ２．２Ｔ６５１１１５２９５．１２５８．６１５二次时效合格Ｄ３．２１５２９７．６２６６．６１７裹５停放３ｈ时效后样品的力学性能Ｔａｂｌｅ５Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓａｆｔｅｒｓｔａｙｉｎｇｆｏｒ３ｈＦｌ１５３３４．４３１５．９９砣１５３３２．５３１２．８１０Ｆ３１５３４２．０３２１．５９３结论℃人工时效采用（１７５士５）、保温８ｈ的制度较合适．停放时间在３ｈ之内，型材的强度较高，但延—伸率偏低；人工时效应避开８２０ｈ这段停放时间．可根据客户对产品性能的要求，选择适当的停放时间，合理安排生产，加强现场管理，监督员工及时转运进行人工时效，以获得理想的力学性能．参考文献：［１］肖亚庆。谢水生．刘静安，等．铝加工技术实用手册［Ｍ］．．北京：冶金工业出版社・２００５．（下转第２３８页）万方数据２３８材料研究与应用２０Ｉｌ参考文献：［１］吕勇武．熊金平。沈磊。等．铝合金表面无铬化学转化膜—工艺研究［Ｊ］．电镀与涂饰．２００７．２６（１２）：２５２８．［２］陈东初．李文芳．龚伟慧．等．铝合金表面无铬化学转化膜的制备及其性能［Ｊ］．中国有色金属学报．２００８．２７（１２）：２５・２９．［３］肖围．满瑞林．彭天兰。等．铝管表面硅烷稀土复合膜的制备及性能研究ＦＪ］．稀有金属。２０１０。３４（２）：１９２・１９６．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｐｏｗｄｅｒｃｏａｔｉｎｇｓｏｎａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｂｙｃｈｒｏｍｅ－ｆｒｅｅｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎＹＯＵＹｕｐｉｎｇ．ＴＡＮＧＷｅｉｘｕｅ。ＬＵＯＳｈｕｎＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＴｅｓｔｉｎｇＣｅｎｔｅｒ。ＣｒｕａｎｇｚｈｏｕＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮｏｎ－ｆｅｒｒｏＵＳＭｅｔａｌｓ．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６５０・ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｓ。ｔｒｅａｔｅｄｂｙｃｈｒｏｍｅ－ｆｒｅｅｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｉｎｔｉｔａｎｉｕｍｓａｌｔｗｅｒｅｐｏｗｄｅｒ—ｃｏａｔｅｄ．Ｔｈｅａｄｈｅｒｅｎｃｅｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｔｈｅｐｏｗｄｅｒｃｏａｔｉｎｇｓｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔＯｒｅｌａｔｅｄｓｔａｎｄａｒｄｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｈｒｏｍｅ－ｆｒｅｅｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｃｏａｔｉｎｇｓ，ｅｘｃｅｐｔａｃｅｔｉｃａｃｉｄｓａｌｔｓｐｒａｙｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｌｌｍｅｔｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｎｃｈｒｏｍｅｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｃｏａｔｉｎｇｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ；ｃｈｒｏｍｅ－ｆｒｅｅｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；ｐｏｗｄｅｒｃｏａｔｉｎｇ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ（上接第２３５页）Ｆ２］祝伟忠。王虎臣．王煜．等．Ａ６Ｎ０１－Ｔ５铝合金型材力学性能与停放效应的关系［Ｊ］．轻合金加工技术。２００７，３５（９）：２７－２９．［３］巾Ｈ科瓦索夫．ＨＨ弗里德良捷尔．工业铝合金［Ｍ］．韩秉诚．蒋香泉．译．北京：冶金工业出版社。１９８１．［４］王祝堂．田荣章．铝合金及其加工手册［Ｍ］．第１版．长沙：中南工业大学出版社．１９８９．［５］《轻合金材料加工手册》编写组．轻金属材料加工手册（下）［Ｍ］．北京：冶金工业出坛社．１９８０．［６］刘静安．付启明．世界铝加工最新技术（上册）［Ｍ］．长沙：中南工业大学出版社．１９９１．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅａｇｉｎｇａｎｄｓｔａｙｔｉｍｅｅｆｆｅｃｔｏｆ６０６１ａｌｌｏｙＺＨＡＮＧＨｏｎｇｈｕｉ．ＷＡＮＧＫｕｎ．ＳｈａｎｄｏｎｇＮａｎｓｈａｎＡｌｕｍｉｎｉｕｍＣｏ．．Ｌｔｄ．ＬｌＵＪｉｎｇｓｈｅｎｇ。Ｌｏｎｇｋｏｕ２６５７０６。ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｒｔｉｆｉｃｉａｌａｇｉｎｇｏｎ６０６１ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｆｉｌｅｓａｆｔｅｒｏｎｌｉｎｅｑｕｅｎｃｈｉｎｇｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔａｔ（１℃７５士５）ｆｏｒ８ｈｏｕｒｓ．Ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｓｔａｙｔｉｍｅｈａｓｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｐｒｏｆｉｌｅｓａｆｔｅｒａｒｔｉｆｉｃｉａｌａｇｉｎｇ．Ｗｈｅｎｔｈｅｓｔａｙｔｉｍｅｉｓ３ｈｏｕｒｓ，ｔｈｅｐｒｏｆｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｆｔｅｒａｒｔｉｆｉｃｉａｌａｇｉｎｇｉｓｈｉｇｈｅｒｂｕｔｉｔｓｅｌｏｎｇａｔｉｏｎｒａｔｅｉｓｌｏｗｅｒ；ｗｈｅｎｓｔａｙｔｉｍｅｉｓ—８２０ｈｏｕｒｓ。ｔｈｅｐｒｏｆｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｆｔｅｒａｒｔｉｆｉｃｉａｌ—ａｇｉｎｇｒｅｄｕｃｅｓｌａｒｇｅｌｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔＯｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｒｏｍｃｕｓｔｏｍｅｒｓｏｎｐｒｏｄｕｃｔ—ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｉｄｅａｌｍｅｃｈａｎｉｃｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｃｈｏｏｓｉｎｇｐｒｏｐｅｒｓｔａｙｔｉｍｅａｎｄｓｕｐｅｒｖｉｓｉｎｇｔｈｅｓｔａｆｆｔＯｔｒａｎｓｐｏｒｔｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｔｉｍｅｆｏｒａｒｔｉｆｉｃｉａｌａｇｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：６０６１ａｌｌｏｙ；ｔｉｍｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ；ｐａｒｋｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓ万方数据