6061铝合金

1.1 引言

6061铝合金是一种典型的可变形热处理铝合金, 具有良好的综合性能, 其成形方式主要为锻造成形, 其锻件被广泛地应用于汽车、摩托车和游艇上。目前, 有关6061 铝合金材料的高温力学参数较少, 给该材料的高温性能研究带来了许多困难。本文采用热压缩模拟试验, 根据所得数据, 确定了6061 铝合金的材料常数, 即激活能Q、应力指数n、应力水平参数A和结构因子A 等。本文通过研究6061合金在不同退火处理条件下，对其微观组织的影响。

1.2铝概述

铝是地壳中分布最广、储量最多的金属元素之一，约占地壳总质量的8.2%，仅次于氧和硅，比铁（约占5.1%）、镁（约占2.1%）和钛（约占0.6%）的总和还多。它的化学元素符号为AL，在元素周期表中属第三主族，相对原子质量为26.9815，面心立方晶系，常见化合价为+3价。

我国拥有发展铝工业的优越条件，铝土矿储量丰富，可供开发电容量3.8×108kW，动力煤储量3300亿吨，以及十分充裕的劳动力后备军，资源居世界前列。铝加工业包括铝加工的熔炼和铸造，铝及铝合金板、带、条、箔材，管、棒、型、线材，锻材和模锻件，粉材以及深加工产品的生产与经营，是一个涉及面很广、对国防军工现代化、国民经济发展和人民生活水平提高有重大影响的行业，是一个技术含量和附加值很高的产业。铝加工是整个铝业产业链条中最强的一环。世界铝及铝加工产业发展很快，已具有相当规模，中国已成为铝业打过，但还不是铝业强国，而且产品的比例仍不够协调，需要加大产品结构调整力度。中国铝业的年增长速度大大高于世界各国，在不久的将来，中国会很快赶上世界先进水平。除了进口一部分特殊管材、型材和棒材及特殊板、带、箔等工业用材外，建筑型材和铝箔已大批出口，成为净出口国。由此可见，我国铝加工的产业结构和产品结构是极不合理的，需要大力调整。另外铝加工装备的整体水平还不高，技术自主开发能力还不够强，与国外相比差距较大。我国已引进了大批的关键设备和技术，但是要想彻底改变铝板、带、箔的产量、消费量少于挤压材的产量、消费量；大中型工业型材少于建筑型材；高档产品少于中、低档产品；大中型现代化铝加工装备少于小型的、落后的铝加工装备的局面尚有大量工作要做。我国目前铝加工产业的发展特点有：1、铝加工企业正处于在大改组、大合并、

上规模、上水平的改造过程。淘汰规模小、设备落后、开工不足和产品质量低劣的企业，建成几个具有国际一流水平的现代化大型综合性铝加工企业；2、产品结构大调整，向中、高档和高科技产品发展。淘汰低劣产品，研制开发高新技术产品，替代进口并打入国际市场，满足市场需求；3、大搞科技进步、技术创新和信息开发，建立技术开发中心，更新工艺，使铝加工技术达到国际一流水平；

4、大力进行体制与机制调整，与国际铝加工工业接轨，把我国铝加工工业和技术推向国际一体化，创建我国完整的铝加工技术体系和自主知识产权体系。

1.3 铝合金基本概念

1.3.1 铝合金

在二元铝合金中，加入的合金元素不同，在铝基固溶体中的极限溶解度也不同，固溶度随温度变化以及合金共晶点的位置亦各不相同。不同铝合金的组织其强化效果以及铸造、锻造和热处理等工艺性能亦不一样。根据合金元素的含量和加工工艺性能特点，铝合金可分为加工变形铝合金和铸造铝合金两类。铸造铝合金是直接用铸造方法浇注或压铸成零件或毛坯的铝合金。其所含合金元素的数量比较高，合金元素总的质量百分数在8%~25%范围内。一般铸造合金铸造性能好，压力加工性能差，且在实际使用中还要求铸件具有足够的力学性能，因此，铸造合金的成分并不完全都是共晶合金，只是合金元素的含量比变形铝合金高一些。变形铝合金与铸造铝合金不同之处在于，变形铝合金是经熔炼注成铸锭后，再经热挤压加工形成各种型材、棒材、管材和板材。因此，要求合金具备优良的冷、热加工工艺性能，组织中不允许有过多的脆性第二相。所以变形铝合金中合金元素含量比较低一般不超过极限溶解度F成分。常用变形铝合金中合金元素总量小于5%，但在高强度变形铝合金中可达8%~14%。

变形铝合金按其成分和性能特点又可分为不能热处理强化铝合金和可热处理强化铝合金。不能热处理强化铝合金的合金含量小于状态中D点成分的合金，其中还包括一些热处理强化效果不明显的合金。这类合金由于具备良好的抗蚀性，古称为防锈铝。可热处理强化铝合金的合金元素含量比防锈铝高一些，成分相应于图2.1中D与F之间的合金，这类铝合金通过热处理能显著提高力学性能。此类铝合金包括硬铝、锻铝和超硬铝。

图2.1铝合金相图

1.3.2 6061铝合金

6061铝合金属Al-Mg-Si系合金，中等强度，具有良好的塑性和优良的耐蚀性。特别是无应力腐蚀开裂倾向，其焊接性优良，耐蚀性及冷加工性好，是一种使用范围广.很有前途的合金。可阳极氧化着色，也可涂漆上珐琅，适应作建筑装饰材料。其含有少量Cu，因而强度高于6063的，但淬火敏感性也比6063高，挤压之后不能实现风淬，需要重新固溶处理和淬火时效，才能获得较高的强度。

6061铝合金的主要合金元素是镁与硅，并形成Mg2Si相。若含有一定量的锰与铬，可以中和铁的坏作用；有时还添加少量的铜或锌，以提高合金的强度，而又不使其抗蚀性有明显降低；导电材料中还有少量的铜，以抵销钛及铁对导电性的不良影响；锆或钛能细化晶粒与控制再结晶组织；为了改善可切削性能，可加入铅与铋。在Mg2Si固溶于铝中，使合金有人工时效硬化功能。6061铝合金中的主要合金元素为镁与硅，具有中等强度、良好的抗腐蚀性、可焊接性，氧化效果较好，如图2.2。

镁铝6061-T651是6系合金的主要合金，是经热处理预拉伸工艺的高品质铝合金产品；美铝6061具有加工性能极佳、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。

主要用途:广泛应用于要求有一定强度和抗蚀性高的各种工业结构件，如制造卡

车、塔式建筑、船舶、电车、铁道车辆。

图为2.2 Al-Mg-Si 三元相图

1.3.

2.1 6061铝合金的退火

金的退火可分为：铸锭的均匀化退火；热加工合金的预先退火；冷变形工序间的再结晶退火；半成品出厂前的成品退火等。

1.3.

2.1.1 铸锭的均匀化退火

在工业生产条件下，合金凝固时的冷却速率约为100℃/s，凝固后的铸态组织通常偏离平衡状态。组织由枝晶状的α固溶体和非平衡共晶组成。由于枝晶网胞间及晶界上非平衡共晶网络较脆，塑性较低，加工性能差，对冷热压力加工过程不利。因此，应采取措施消除铸锭组织及成分不均匀现象。

1、均匀化退火时组织与性能变化

均匀化退火时，主要的组织变化是枝晶偏析消除。它是通过高温下长时间保温，原子充分扩散而使枝晶偏析消除达到成分均匀。均匀化退火后的组织变化，使室温下塑性提高并使冷、热加工工艺性能改善，降低铸锭热挤、热轧开裂的危险，提高设备生产效率。均匀化退火还可消除铸锭残余应力，改善铸锭的机械加工性能及后续锻压加工及强化热处理的质量。

2、均匀化退火的温度及时间