1 前言
6061鋁合金屬于AL-Mg-Si系，其特點是中等強度，良好的塑性，優(yōu)良的可焊性和耐腐蝕性。合金中Mg、Si含量比6063鋁合金的稍高，并含有少量的銅，故強度比6063鋁合金的高，淬火敏感性也高于6063鋁合金的[1-2]。現(xiàn)在6061-T6鋁合金已經(jīng)大量用于復(fù)雜橫截面大型鋁合金型材的工業(yè)生產(chǎn)，然后為了獲得較高的力學(xué)性能，合金固溶后必須快速淬火以獲得較高的過飽度和固溶體。但是在實際的生產(chǎn)過程中，由于合金成分、組織、熱處理以及生產(chǎn)工藝控制等相關(guān)因素的影響，有時會出現(xiàn)6061合金T6處理后，其機械性能往往不能夠達(dá)到國標(biāo)的要求，根據(jù)我公司的實際生產(chǎn)經(jīng)驗，主要從擠壓工藝、合金成分、熱處理工藝方面進(jìn)行分析影響6061-T6鋁合金力學(xué)性能的主要原因，以及在生產(chǎn)過程中如何避免。
2 影響6061-T6鋁合金力學(xué)性能的主要原因
2.1 合金成分對6061-T6鋁合金力學(xué)性能的影響
6061合金的主要化學(xué)成分為：
6061鋁合金的主要合金元素是鎂與硅并形成Mg2Si相。若含有一定量的錳與鉻可以中和鐵的壞作用?有時還添加少量的銅或鋅以提高合金的強度?而又不使其抗蝕性有明顯降低導(dǎo)電材料中還有少量的銅以抵銷鈦及鐵對導(dǎo)電性的不良影響鋯或鈦能細(xì)化晶粒與控制再結(jié)晶組織為了改善可切削性能可加入鉛與鉍。主要強化物Mg2Si固溶于鋁中使合金有人工時效硬化功能。所以為了有更好的力學(xué)性能，合格的化學(xué)成分是前提，特別是主要強化相Mg2Si的形成，必須保證化學(xué)成分滿足國標(biāo)要求，才能使得后期處理后，得到良好的力學(xué)性能。
2.2 固溶處理和時效工藝對6061-T6鋁合金力學(xué)性能的影響
2.2.1 固溶處理的原理
固溶處理（淬火）的目的是為了得到最大濃度的過飽和固溶體，冷卻速度越快，固溶效果越好，通過后續(xù)的時效處理則能使材料的強硬度更高。在熱擠壓的情況下，其主要強化相Mg2Si可以較充分地溶入到Al基體中，經(jīng)急冷后其來不及擴散而固溶在基體中，在隨后的時效處理過程中則會緩慢均勻地析出，從而起到提升材料力學(xué)性能的作用。一般來說，采用最快的冷卻速度可以得到效果最好的過飽和固溶體，從而得到最高的強度及強度和韌性的最佳組合，增強產(chǎn)品的耐蝕及抗應(yīng)力腐蝕能力。當(dāng)然過大的冷卻速度，會使制品存在較大的殘余應(yīng)力，給后續(xù)的拉伸矯直工藝帶來困難，但考慮到實際生產(chǎn)中的冷卻條件，往往表現(xiàn)在冷卻強度不足。
固溶處理最好的效果就是能使得那些在合金中起強化作用的合金元素能最大程度地溶入到鋁的固溶體中，從相圖出發(fā)，因而往往選擇較高的溫度，但另一方面溫度過高，會導(dǎo)致晶粒組織出現(xiàn)局部過熱甚至過燒的現(xiàn)象
2.2.2 實際生產(chǎn)中對6061鋁合金固溶處理工藝的控制
在實際生產(chǎn)中，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，當(dāng)6061鋁棒溫度控制在510~520℃之間，時效溫度控制在175℃，保溫時間7.5h時，能得到較好力學(xué)性能的型材。而擠壓后的冷卻速度直接影響著型材的力學(xué)性能，冷卻太慢往往會造成強度達(dá)不到要求，而且在現(xiàn)在生產(chǎn)中，要根據(jù)型材的不同截面適當(dāng)調(diào)整擠壓工藝參數(shù)，比如比較薄的就應(yīng)該降低擠壓速度、降低棒溫，遇到壁厚較厚的型材，應(yīng)該適當(dāng)升高棒溫，加大冷卻系統(tǒng)的作用，這樣才能保證擠壓固溶后，能夠得到過飽和的固溶體，不至于在現(xiàn)場冷卻速度跟不上，從而導(dǎo)致強化物Mg2Si不能完全固溶于鋁基體中。冷速太快，往往會使得型材中有較大的殘余應(yīng)力，從而變得很脆，其延伸率達(dá)不到國標(biāo)要求。
2.2.3 時效工藝對6061-T6力學(xué)性能的影響
由于固溶處理得到的過飽和固溶體都是具有高能量狀態(tài)的亞穩(wěn)相,只要可能(如加熱到一定溫度或室溫保持較長時間),它就會向較低能量的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)化,從而形成穩(wěn)態(tài)相,而這種轉(zhuǎn)化是通過過飽和固溶體的分解而實現(xiàn)的,所以固溶處理后通常要進(jìn)行室溫或加熱條件使過飽和固溶體分解的熱處理即時效處理。
時效的強化效果主要取決于淬火得到的過飽和固溶體的濃度及時效制度有關(guān)系。過飽和固溶體的濃度越高，則時效強化效果越好；時效溫度越高，則時效強度達(dá)到峰值的速率越快，但往往在達(dá)到峰值后，如果繼續(xù)時效，其軟化的速度也更快，所以說，時效不是溫度越高，時間越久越好，如人工時效，當(dāng)制品達(dá)到強度峰值后，如果繼續(xù)延長時效時間，強度不但不會提升，反而會下降。這就是所謂的“過時效”。所以說，溫度與時間的合理匹配，才能取得最佳的時效強化效果。本公司6061-T6工藝控制參數(shù)為175℃保溫7.5小時，某些鋁合金制品，淬火和人工時效間的間隔時間對時效效果也有一定的影響，這就是所謂的“停放效應(yīng)”，如公司生產(chǎn)的Al-Mg-Si系合金，如果在淬火后停放24h以后再去時效，其強度值將明顯低于立即時效獲得的強化效果。因此，對于具有“停放效應(yīng)”的鋁合金制品，應(yīng)盡可能地縮短淬火與時效間的間隔時間。
1、首先，了解一下，鋁型材的力學(xué)性能是指6061-T6材料在不同環(huán)境（溫度、介質(zhì)、濕度）下，承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應(yīng)力等）時所表現(xiàn)出的力學(xué)特征 。
合格的合金化學(xué)成分是6061-T6鋁型材力學(xué)性能否達(dá)標(biāo)的重要前提。
在鋁型材擠壓之前，首先一定要保證鑄鋁的各項成分指標(biāo)達(dá)到國標(biāo)要求，特別是Si, Mg的含量對其力學(xué)性能有著重要影響，6061的主要強化物MgZS i，如果不能形成足夠的MgZS i，那么后續(xù)的固溶處理、淬火以及時效都已經(jīng)沒有任何意義，起不到強化的作用。
2、鋁型材擠壓時嚴(yán)格的工藝控制是獲褥良好力學(xué)性能的關(guān)健在生產(chǎn)過程中，由于受到實際條件的限制，員工在對工藝的控制往往很難把握，經(jīng)常沒有意識到工藝的重要性，對溫度、速度等控制不嚴(yán)，從而造成鋁型材產(chǎn)品時效后，力學(xué)性能不合格。
如果我們的棒溫不夠，那么在擠壓時，鋁合金達(dá)不到其固溶處理的溫度，則不能保證強化物Mg2S i完全溶解到鋁基體當(dāng)中，從而不能起到強化的作用;如果我們的棒溫太高，那么在擠壓過程中，由于溫度過高不僅會破壞合金組織，還經(jīng)常會出現(xiàn)撕裂、表面質(zhì)量差等問題的產(chǎn)生。
如果我們的冷卻效果不好，合金在固溶處理后不能得到迅速的冷卻，那么溶解在鋁基體中的強化相Mg2S i不能夠穩(wěn)定的保留在基體中，隨著溫度的降低，Mg2S i在基體中會隨著溶解度的降低，而慢慢析出，從而在時效后也不能保證其力學(xué)性能。而如果固溶處理時，能使型材迅速冷卻，那么其強化物就來不及析出，會保留在基體當(dāng)中，從而時效后能起到強化作用。所以說溫度等工藝的控制是關(guān)鍵。
而在實際的鋁型材生產(chǎn)過程中，我們應(yīng)該根據(jù)鋁型材的橫截面靈活調(diào)整其工藝參數(shù)，比如一些壁厚較厚的鋁型材，擠壓過程中應(yīng)該適當(dāng)提高棒溫，放慢擠壓速度，加大冷卻速度等，才能保證其獲得過飽和的固溶體。
3、正確的鋁合金時效工藝是良好力學(xué)性能的保證
鋁型材時效的主要目的就是起到一個彌散強化的作用，使得溶于基體中的強化相MgZS i在時效過程中均勻、彌散的分布到基體當(dāng)中，從而起到一個強化的作用。在時效過程中，如果我們的溫度、時間沒有把握好，不能達(dá)到時效的目的，那么其力學(xué)性能肯定也得不到保證。
本文通過對6061鋁合金的合金成份、成型原理以及強化原理綜合分析，結(jié)合實際生產(chǎn)過程中的一些工藝控制，找出導(dǎo)致6061鋁合金T6時效后力學(xué)性能不達(dá)標(biāo)的原因，以及在生產(chǎn)過程中避免力學(xué)性能不合格的一些預(yù)防措施。在實際生產(chǎn)過程中，6061-T6力學(xué)性能不合格的主要幾個原因是化學(xué)成分不合格、擠壓工藝控制不當(dāng)、時效工藝控制不當(dāng)。重點是在擠壓時對工藝的控制，應(yīng)該根據(jù)不同截面的型材，靈活的調(diào)整工藝參數(shù)，保證固溶處理能得到飽和的固溶體，保證時效過程中能使得強化物Mg2Si均勻、彌散的分布在基體中，只有這樣才能使得型材獲得最佳的性能。
