6061材料热处理工艺研究

热处理

Heat Treatment

热加工

6061材料热处理工艺研究

首都航天机械公司

（北京

100076）

王昌辉

刘晓霏

6061材料，准备用于某产品的保护罩生产，由于是首次应用，热处理参数还未确定。为此，需要通过对该材料试样进行多种不同的热处理工艺试验，并对热处理后的试样进行力学性能分析，得出符合生产需要的合理的热处理参数。

由于对材料伸长率δ5要求较高，常用2A14伸长率不能符合保护罩性能要求。经调查，6061材料伸长率比2A14高出很多（δ5性能对比见图1），化学成分见表1。表1

6061与2A14化学成分（质量分数）

（%）

图16061与2A14的δ5性能对比

6061属于锻造铝合金，锻造性能较好，设计性能指标要求见表2。

通过查阅资料，得到美国道格拉斯飞机公司和美国军用标准（MIL-H-6088D ）铝合金热处理工艺参数，其热处理参数见表3。

表2

6061材料性能要求指标

方向σb /MPa σ0.2/MPa δ5（%）a K /J ·cm －2

HBW 纵向2902651215—长横向290265101295短横向

270

250

8

10

—

表3国外铝合金热处理参数

工艺参数固溶温度/ 时效温度/ 时效时间/h 道格拉斯

970 1010（521 543ħ）340 360（171 182ħ）8 9

MIL-H-6088D 960 1025（516 552ħ）

340 360（171 182ħ）

8.5 9.5

1.试验内容

本次工艺试验的流程为：提出工艺方案→购进原材料→锻造→切取试块→固溶→冷锻→时效→检测试样性能→分析数据→确定热处理参数。

（1）试验方案参考表3国外铝合金固溶、时效的温度范围，初步制定出6061材料的热处理参数为：固溶500 540ħ；时效160 180ħ，时间8 10h 。

从6061锻造试块中选出26块进行热处理试验，其编号见表4。

表4

试块编号

组别试块编号A A 1A 2A 3A 4A 1L ———B

B 1B 2B 3B 4————

C C 1C 2C 3C 4C 1L C 2L C 3L C 4L

D D 1D 2D 3D 4————E

E 1

E 2

E 3

E 4

E 1L

—

—

—

注：A 1L 、C 1L 、C 2L 、C 3L 、C 4L 、E 1L 取自锻环，其余取自轧制环。

Heat Treatment

热处

理

（2）固溶固溶参数见表5。固溶设备：硝石槽。（3）冷锻固溶后3h 内进行冷锻。

（4）时效固溶结束48h 后开始时效。时效参数见表6。时效设备：循环空气电炉。表5

试样固溶参数

组别固溶温度/ħ

处理试样时间/min

冷却方式

A 500A 1A 2A 3A 4A 1L ———

B 515B 1B 2B 3B 4————

C 525C 1C 2C 3C 4C 1L C 2L C 3L C 4L

D 535D 1D 2D 3D 4————E

540

E 1

E 2

E 3

E 4

E 1L

—

—

—

70 80

水冷（室温）表6

试样时效参数

序号时效温度/ħ

处理试样时间/h

冷却方式

1160A 1B 1C 1D 1E 1A 1L C 1L E 1L 2180A 2B 2C 2D 2E 2C 2L ——8

3160A 3B 3C 3D 3E 3C 3L ——4

180

A 4

B 4

C

4

D 4

E 4

C 4L

—

—

10

空冷

2.性能检测

（1）金相试验对热处理后试块进行金相检查，检测结果见表7。从A 组和C 组中各取一个未热处理试样检测流线，结果正常。

表7

金相试验数据

试验项目

检测数据低倍无缺陷过烧检查无过烧晶粒度3级断口

无缺陷

（2）力学性能对热处理后试块按纵向、长横

向、短横向取样，进行力学性能σb 、σ0.2、δ5、a K 等性能检测，试块取样方向见图2。力学性能检测数据最高值统计见表8，其中σb 、σ0.2、δ5为两个试样性能平均值的最高值，a K 为三个试样性能平均值的最高值。

图2力学性能取样方向

表8

各项性能最高值

最高值σb σ0.2δ5纵向D 2、D 4D 2、D 4D 1、E 1长横向

D 2、D 4D 2、D 4D 1、C 2、

E 1

短横向

D 2、D 4

D 2、D 4、

E 2

D 1、

E 1L

3.数据分析

从试验性能数据可以看出，6061材料的σb 、σ0.2随着固溶温度的提高而提高，δ5波动较大。从各项性能最高值统计表8中可以看出，虽然D 1的δ5比D 2、D 4高出许多，但D 1的σ0.2低于设计指标要求，故综合各方面因素，最后确定采用D 2、D 4试样的热处理参数方案：

D 2试样热处理参数：固溶535ħ，时效：180ħ，8h 。

D 4试样热处理参数：固溶535ħ，时效：180ħ，10h 。

两者的固溶温度一样，时效时间不一样，综合两者的时效时间，我们得出6061材料的最佳热处理参数为：固溶：535ħ，时效：180ħ，8 10h 。

4.结语

通过对锻后试样进行多个热处理试验，以及试样金相力学性能检测，通过试验数据分析，最终确定了6061材料合理的热处理工艺参数，即固溶（535ʃ5）ħ，时

效：（180ʃ5）ħ，8 10h 。（20100612）