熱處理對含硼6061鋁合金組織及性能影響

張紅科

摘 要：本文研究了熱處理工藝對含硼6061鋁合金的影響，研究結果發現：固溶溫度和固溶時間對含硼6061鋁合金影響較大，隨固溶溫度的提高和固溶間的延長，對Mg2Si的溶入有較大的促進作用。時效溫度和時效時間也對6061鋁合金有較大影響，時效溫度越高、時效時間越長，Mg2Si的析出越多，結合微觀組織和硬度數據，含硼6061合金的熱處理工藝為：555℃×5.5h+175℃×6h。

關鍵詞：6061鋁合金；熱處理；金相組織；性能

中圖分類號：TG457 文獻標識碼：A

6061合金屬于A1-Mg-Si系可熱處理強化鋁合金，主要合金元素為Mg和Si，并以Mg2Si相為主要強化相，具備中等強度、擠壓加工性能優良、耐蝕性高和可焊性好等特點，可作為結構、裝飾、汽車車身以及輪轂等材料，還是生產擠壓型材的主要原材料。鋁合金的時效過程是受擴散控制的，合金元素對時效過程中沉淀相的析出有很大影響，其中硼的加入能使其晶界發生改變，提高其綜合性能。本文主要通過改變固溶和時效溫度以及保溫時間的熱處理參數，研究了熱處理工藝對含硼6061鋁合金微觀組織及力學性能的影響，為6061鋁合金的進一步開發與應用做探討性研究。

1.試驗材料及方法

1.1 試驗材料

本文選用的材料為含硼量為0.2wt.%的6061鋁合金，其主要成分見表1。

1.2 試驗方法

通過熔煉得到含硼量為0.2%（質量分數）的6061鋁合金。通過切割、打磨將試樣利用HBS-3000型數顯布氏硬度計進行硬度試驗。經打磨拋光后使用Kerell試劑腐蝕，Kerell試劑的配比見表2。用Axiovert 40 MAT型金相顯微鏡觀察合金的微觀組織。

2.實驗結果及分析

2.1 固溶溫度對含硼6061鋁合金組織及性能的影響

圖1、圖2為不同固溶溫度固溶3.5h合金的微觀組織及力學性能。

從圖1中可以看出伴隨著固溶溫度的提高，6061合金的顯微組織變化十分明顯。當固溶溫度為535℃時，晶內及晶界殘留許多粗大的相粒子（圖中黑色斑點），這是由于合金固溶不充分；當固溶溫度為545℃時，合金中的強化相粒子明顯減少，合金的強化相粒子大多數溶入到基體內；當固溶溫度為555℃時，合金的晶內強化相幾乎全部溶入基體中。

由圖2可以看出隨著固溶溫度的增加，整體呈上升趨勢，在575℃硬度最高，但在565℃出現了一個降低的現象，這可能是合金中存在缺陷所致。

綜合上述的金相和硬度分析，選擇的固溶溫度是555℃為最佳。

2.2 固溶時間對含硼6061鋁合金組織及性能的影響

圖3、圖4為相同固溶溫度不同固溶時間的6061鋁合金組織及力學性能。

由圖3可以看出，當保溫時間較短時，合金中大量的Mg2Si（β）相還未完全固溶到晶內，所以此時所產生的固溶強化作用較小。隨著保溫時間的增加，合金中的Mg2Si（β）相會不停的固溶到晶體內，當保溫時間增加到5.5h時，該合金中大部分的Mg2Si（β）相已基本充分溶解。隨著進一步延長保溫時間，出現晶粒的長大現象。

由圖4可知，隨著固溶時間的增加，合金的硬度呈現先上升再下降再升高的趨勢，當固溶時間為5.5h時，合金的硬度達到最大值。至于合金固溶在4.5h時合金的硬度下降的現象，可能和合金中存在的缺陷有關。

綜合上述的金相和硬度分析，選擇的固溶時間是5.5h。

2.3 時效溫度對含硼6061鋁合金組織和性能的影響

圖5、圖6為不同時效溫度下6061鋁合金的微觀組織及力學性能。

從圖5中看出在時效時間相同的情況下，隨著溫度的增加合金中的第二相粒子數量增多，且尺寸增大。時效過程只是強化相從基體中析出，并彌散分布，達到彌散強化的效果，提高其強度。

合金經555℃固溶后，時效溫度對Al-Mg-Si合金硬度影響很大，當時效溫度為175℃時，合金硬度值最高，隨著時效溫度提高，合金的硬度下降。結合不同時效溫度時的微觀組織分析可知，時效溫度提高，合金的晶粒粗化，因此硬度下降，所以時效溫度選擇為175℃。

2.4 時效時間對含硼6061鋁合金組織和性能的影響

圖7、圖8為相同時效時間不同時效溫度的6061鋁合金組織及力學性能。

從圖中可以看出，隨著時效時間的延長，合金中的黑色第二相數量增多，且尺寸逐漸變大。

結合合金不同時效時間時的組織可以知道，隨著時效時間的延長，合金中Mg2Si相的數量增加，因此合金的硬度提高。但是，當時效時間超過6h后，合金的晶粒長大比較明顯，因此合金的硬度稍有降低。所以最終選擇時效時間為6h。

結論

（1）6061鋁合金經過固溶后，合金中的Mg2Si溶入α-A1基體中，固溶溫度的升高和固溶時間的延長，都對Mg2Si的溶入促進作用。

（2）6061鋁合金經過時效處理后，合金中的Mg2Si相重新析出，時效溫度越高、時效時越長，Mg2Si的析出越多。

（3）結合微觀組織和硬度數據，6061合金的熱處理工藝為：555℃×5.5h+175℃×6h。

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