停放時間對6106鋁合金擠壓型材力學性能的影響

劉旭東，胡 皓，龐俊銘，張 巖，劉 歡

(遼寧忠旺集團有限公司，遼陽111003)

0 前言

6×××系鋁合金是一種可熱處理強化鋁合金，屬于Al-Mg-Si系合金，因質輕、耐蝕性好、拉伸性能好等特點，其型材可實現大型寬體化[1]。然而該合金在實際擠壓生產過程中，在線淬火后無法直接進行人工時效處理，只有室溫狀態下停放不同時間以發生自然時效后，再進行人工時效。自然時效過程中強度性能有所提高，但其塑性卻有所下降[2]。淬火處理和人工時效之間的時間間隔對擠壓型材的最終力學性能有一定的影響。因此，確定停放時間對擠壓型材力學性能的影響對于保證擠壓制品性能合格至關重要。

6106鋁合金是典型的6×××鋁合金，中等強度，具有良好的塑性、抗蝕性和優良的可焊性，且無應力腐蝕開裂現象，但其淬火敏感性較高，廣泛應用于汽車制造業、車體及船舶等行業[3-4]。鑒于國內外對6106鋁合金的研究較少，但實際生產中6106鋁合金用途較為廣泛，淬火后同樣面對無法直接人工時效的問題。因此，本文主要研究了人工時效前停放時間對6106鋁合金力學性能的影響，對6106鋁合金的實際生產具有一定的理論指導和實際應用意義。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所需材料為某型號6106鋁合金擠壓型材，其截面圖如圖1所示，合金成分見表1。

圖1 6106鋁合金擠壓型材截面圖

表1 6106鋁合金擠壓型材化學成分（質量分數/%）

1.2 試驗方法

采用2000t擠壓機進行該型材的擠壓生產。將圖1所示的擠壓型材在線淬火后于室溫下分別停置1、5、10、15、20、25、30、40d后進行T7時效熱處理。T7時效熱處理制度選用203℃×4h。對進行停放的擠壓型材分別進行T4力學性能、T7力學性能、折彎及壓潰性能測試。

采用箱式時效爐進行時效處理；采用AG-X 100KN電子萬能試驗機，并按相關標準進行室溫拉伸試驗，試驗溫度為23℃；采用AG-IC-50KN電子萬能試驗機進行折彎試驗，試驗溫度為23℃；采用2000KN電液伺服壓力試驗機進行壓潰試驗。按照相關協議要求標準進行檢測。該標準要求如下：

T4狀態：Rp0.2、Rpm、A均為實測值；折彎角度≥120°；靜準壓測試評分≥13分。

T7狀態：Rp0.2=220～240MPa、Rpm≥215MPa，A為實測值。

2 試驗結果與分析

2.1 停放時間對型材低倍形貌的影響

表2是不同停放時間后擠壓型材取樣進行的低倍缺陷觀察檢測結果。從表2中可以看出，隨著停放時間的延長，擠壓型材表面均無縮尾、裂紋等缺陷存在。因此，該批擠壓型材的低倍組織符合要求，不存在缺陷組織對該批型號擠壓型材各項力學性能產生影響。

表2 T4型材低倍形貌結果

2.2 停放時間對型材高倍組織的影響

分別對不同停放時間后擠壓型材取樣進行高倍過燒檢測，其結果如圖2所示。由圖2可知，此批次擠壓型材組織均無過燒現象發生。停放時間為1～25d時，型材組織中Mg2Si相尺寸變化不大；當停放時間為30d時，型材中的Mg2Si相較短期略大；停放40d時，略大的Mg2Si相開始減少。

圖2 T4擠壓型材不同停放時間后的高倍過燒圖

圖3是針對該批次擠壓型材不同停放時間的晶粒度檢測圖片。從圖3計算結果可以看出，當停放1～10d時，擠壓型材邊部的晶粒度等級較小，說明該型材的晶粒尺寸較大；當停放15、20d時，邊部的晶粒度等級有所增大，說明該型材的晶粒尺寸減小；當停放時間為30、40d時，邊部的晶粒度等級又開始減小，說明晶粒尺寸再次增加。該批型材邊部的晶粒尺寸隨著停放時間的增加呈現先大后小再大的趨勢。隨著停放時間的延長，擠壓型材芯部的晶粒度變化并不大。因此，當停放15～20d時，邊部晶粒尺寸最小，過短或過長晶粒尺寸均有所增加，而芯部晶粒尺寸變化不大。

圖3 T4型材不同停放時間后的高倍晶粒度圖

2.3 停放時間對型材性能的影響

停放時間不同將會影響擠壓鋁合金時效后的強化效果，這種現象稱為“停放效應”。為了分析不同停放時間對型材力學性能的影響，選取相同批次擠壓型材試樣在線淬火后進行停放，對停放后試樣進行力學性能測試，其結果見表3，并根據表3所示數據分別繪制圖4～圖6停放時間對擠壓型材力學性能影響的曲線圖。

圖4是不同停放時間擠壓型材的T4力學性能曲線圖。從圖中可知，隨著停放時間的延長，擠壓型材的抗拉強度及斷后伸長率有所波動，但波動幅度不大。但當停放時間為30d時，T4型材的屈服強度大幅度下降，隨后回升。對于該型號擠壓產品，由于標準規范中對T4力學性能并無要求，因此，需要通過詳細分析其T7狀態下的各項性能來確定停放時間對擠壓型材性能的影響。

從圖5不同停放時間擠壓型材的T7力學性能曲線圖可知，隨著停放時間的延長，T7型材的屈服強度和抗拉強度都呈現先增加后降低再增加的趨勢，但數值的上下波動幅度較小；而斷后伸長率一直呈現平穩趨勢，并無太大變化。對比圖4發現，該擠壓型材隨著停放時間的增加，其力學性能均滿足相關標準。因此，停放時間的延長對于該擠壓型材的T7力學性能并無不利影響。

圖6是不同停放時間擠壓型材折彎性能和壓潰性能的曲線變化圖。該擠壓型材在實際應用中要求在碰撞過程中具有一定的韌性變形能力。隨著停放時間的延長，擠壓型材的折彎呈現波動，但均高于標準值，因此該擠壓型材的韌性變形能力合格。壓潰試驗同樣反映擠壓型材的韌性變形能力。但當停放時間為20d時，該擠壓型材的壓潰性能無法滿足要求，因此長期停放不建議超過20d。

綜上所述，該合金型號停放時間不應該大于20d，當停放20d時，其T4/T7屈服強度、抗拉強度、延伸率及彎曲性能均滿足要求，但靜準壓測試不滿足標準要求；當停放時間超過20d時，壓潰性能提高，但有所波動；停放30天時，壓潰性能較低，與該合金停放30d時，T4力學性能下降相對應。

表3停放時間對擠壓型材力學性能影響

圖4不同停放時間對擠壓型材T4力學性能的影響

圖5不同停放時間對擠壓型材T7力學性能的影響

圖6不同停放時間對擠壓型材折彎和壓潰性能的影響

大量研究表明[5-6]：停放效應主要與室溫停放時產生的G.P.區重新溶解有關。停放時間較短時，室溫下自然時效產生的G.P.區尺寸較小；停放時間延長后，可獲得了尺寸適當的G.P.區。從圖2和圖3中同樣可以看出，停放時間在25d以內的未過燒組織晶粒尺寸接近，而最大晶粒尺寸逐漸減小，合金的抗拉強度有所提高；而停放時間，超過25d時，G.P.區將長大到在人工時效溫度下難以重熔的尺寸，降低了沉淀硬化物的析出數量，未過燒組織中晶粒尺寸開始變大，高倍最大晶粒度尺寸同樣增大，從而降低了合金的抗拉強度。但總體屈服強度呈現波動趨勢。

經過人工時效后，當停放時間較短時（1d），組織中的不穩定相重新溶入到固溶體中，形核率降低，組織中存在粗大過渡相，型材性能不高；停放時間略微增加（1～10d），G.P.區尺寸適當，時效后穩定，形核率提高，使型材性能提高；繼續延長停放時間（10～20d），固溶體中的那些小于臨界尺寸的G.P.區將重新溶入固溶體中，從而影響材料的性能，性能出現波動；當停放時間繼續延長（20～40d），那些小于臨界尺寸的G.P.區有可能長大成穩定的晶核尺寸，合金強度有所回升，隨后趨于穩定[7]。

3 結論

（1）隨著停放時間的延長，擠壓型材表面均無縮尾、裂紋等缺陷。

（2）隨著停放時間的延長，該批擠壓型材均無過燒存在，型材邊部晶粒呈現先減小后增大的趨勢，而芯部晶粒變化趨勢不大。

（3）隨著停放時間的增加，該擠壓型材的T4力學性能先增加后降低，除30d抗拉強度下降較大外，其余波動幅度不大；T7力學性能呈現略微波動趨勢，但均滿足該型材的力學性能標準。彎曲和壓潰性能同樣呈現略微波動，但當停放20d時，其壓潰性能不能滿足相關性能標準。