1 前言
6061鋁合金屬于AL-Mg-Si系，其特點(diǎn)是中等強(qiáng)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(qiáng)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(shí)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(shí)會(huì)出現(xiàn)6061合金T6處理后，其機(jī)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(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，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(shí)還添加少量的銅或鋅以提高合金的強(qiáng)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(qiáng)化物Mg2Si固溶于鋁中使合金有人工時(shí)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(qiáng)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(shí)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(shí)效處理則能使材料的強(qiáng)硬度更高。在熱擠壓的情況下，其主要強(qiáng)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(kuò)散而固溶在基體中，在隨后的時(shí)效處理過程中則會(huì)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(qiáng)度及強(qiáng)度和韌性的最佳組合，增強(qiáng)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(huì)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(shí)際生產(chǎn)中的冷卻條件，往往表現(xiàn)在冷卻強(qiáng)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(qiáng)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(huì)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(shí)際生產(chǎn)中對6061鋁合金固溶處理工藝的控制
在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)6061鋁棒溫度控制在510~520℃之間，時(shí)效溫度控制在175℃，保溫時(shí)間7.5h時(shí)，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(huì)造成強(qiáng)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(qiáng)化物Mg2Si不能完全固溶于鋁基體中。冷速太快，往往會(huì)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(shí)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(shí)間),它就會(huì)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(shí)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(shí)效處理。
時(shí)效的強(qiáng)化效果主要取決于淬火得到的過飽和固溶體的濃度及時(shí)效制度有關(guān)系。過飽和固溶體的濃度越高，則時(shí)效強(qiáng)化效果越好；時(shí)效溫度越高，則時(shí)效強(qiáng)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(shí)效，其軟化的速度也更快，所以說，時(shí)效不是溫度越高，時(shí)間越久越好，如人工時(shí)效，當(dāng)制品達(dá)到強(qiáng)度峰值后，如果繼續(xù)延長時(shí)效時(shí)間，強(qiáng)度不但不會(huì)提升，反而會(huì)下降。這就是所謂的“過時(shí)效”。所以說，溫度與時(shí)間的合理匹配，才能取得最佳的時(shí)效強(qiáng)化效果。本公司6061-T6工藝控制參數(shù)為175℃保溫7.5小時(shí)，某些鋁合金制品，淬火和人工時(shí)效間的間隔時(shí)間對時(shí)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(shí)效，其強(qiáng)度值將明顯低于立即時(shí)效獲得的強(qiáng)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(shí)效間的間隔時(shí)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(shí)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(xiàng)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(qiáng)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(shí)效都已經(jīng)沒有任何意義，起不到強(qiáng)化的作用。
2、鋁型材擠壓時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，鋁合金達(dá)不到其固溶處理的溫度，則不能保證強(qiáng)化物Mg2S i完全溶解到鋁基體當(dāng)中，從而不能起到強(qiáng)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(huì)破壞合金組織，還經(jīng)常會(huì)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(qiáng)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(huì)隨著溶解度的降低，而慢慢析出，從而在時(shí)效后也不能保證其力學(xué)性能。而如果固溶處理時(shí)，能使型材迅速冷卻，那么其強(qiáng)化物就來不及析出，會(huì)保留在基體當(dāng)中，從而時(shí)效后能起到強(qiáng)化作用。所以說溫度等工藝的控制是關(guān)鍵。
而在實(shí)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(shí)效工藝是良好力學(xué)性能的保證
鋁型材時(shí)效的主要目的就是起到一個(gè)彌散強(qiáng)化的作用，使得溶于基體中的強(qiáng)化相MgZS i在時(shí)效過程中均勻、彌散的分布到基體當(dāng)中，從而起到一個(gè)強(qiáng)化的作用。在時(shí)效過程中，如果我們的溫度、時(shí)間沒有把握好，不能達(dá)到時(shí)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(qiáng)化原理綜合分析，結(jié)合實(shí)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(shí)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(shí)際生產(chǎn)過程中，6061-T6力學(xué)性能不合格的主要幾個(gè)原因是化學(xué)成分不合格、擠壓工藝控制不當(dāng)、時(shí)效工藝控制不當(dāng)。重點(diǎn)是在擠壓時(shí)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(shí)效過程中能使得強(qiáng)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。
