人工时效制度对6063铝合金型材质量的影响

人工时效制度对6063铝合金型材质量的影响

简介：6063合金挤压型材的力学性能和电化学性能除了与合金的化学成分有密切关系外，还与人工时效制度有较大关系。低温长时间时效和高温短时间时效使力学性能有较大提高，但却降低了合金的电化学性能。为了兼顾两种性能及确保生产效率，采用室温自然时效（停放）2h,再在195～205℃人工时效2h 的时效制度是适宜的。 关键字：6063铝合金 人工时效 过渡相 力学性能 电化学性能 铝工程师之家导航 挤压模具设计 熔炼与铸锭 表面处理 铝

合金连接 板带箔轧制

网站主题:铝合金,铝加工,挤压模具,铝型材,有色金属,熔炼铸锭,轧制精整,镁 按GB/T3190-1996规定,6063（LD31）合金的化学成分如表1。为了兼顾力学性能和挤压性能，Mg 2Si 质量分数一般控制在0.7%左右。应控制w(Mg)/w(Si)=1.73。但是由于合金中存在杂质Fe,要消耗一部分Si,在生产实践中一般控制w(Mg)/w(Si)=1.1～1.3。表2是日本6063合金的化学成分（%）及合金硬度与w(Mg)/w(Si)的关系（195℃，时效2h）。 表1 6063合金化学成分 %

主成分 杂质 其它杂质

Mg Si Fe Cu Mn Zn Cr Ti 单个 合计

Al 0.45～0.9 0.2～0.6 0.35 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.05 0.15 余量

表2 日本6063合金化学成分及Mg/Si(w (Mg)/w (Si)）与型材硬度的关

系 合金 Si Mg Fe Cu Zn Mn Cr Ti Mg/Si HV

A 0.39 0.48 0.11 0.01 0.01 0.01 0.01 0.0047 1.23 68.9

B 0.40 0.53 0.17 0.01 0.02 0.01 0.00 0.0080 1.33 71.9

C 0.44 0.48 0.25 0.02 0.03 0.02 0.01 0.0043 1.1 75.5

从表2可以看出，杂质Fe 和Zn 对合金的力学性能也有较大的影响，这是因为在合金中生成αFe 2SiAl 8(以前报道为Fe 3SiAl 12),βFeSiAl 5(以前报道为Fe 2Si 2Al 9)及T-Al 2MgZn 3等杂质相的缘故。这些杂质相都是硬的

质点，位错不易切割，能够增强合金的力学性能，但却降低了合金的挤U

n R e g i s t e r e d

压性能（容易拉伤、划伤）、耐腐蚀性、电化学性能及着色材的颜色均匀性和光泽性。

6063合金型材的性能除了与化学成分有关之外，还与热处理条件即人工时效有关。为了兼顾各种性能，本文结合合金的化学成分，着重研究了6063合金型材的人工时效机制及其对力学性能和电化学性能的影响。

1 6063挤压型材的时效过程中力学性能变化

6063合金在挤压变形出口处的温度一般是520～540℃，在变形程度较大或变形复杂的情况下，出口温度可达570～580℃。在这样的温度下Mg 2Si 强化相多数被溶解，随后经风淬冷却，产生溶质原子和空位双重过

饱和的固溶体，又经过自然时效（100℃以下停放2h）形成球状GP 区，其大小为10～60×10-10m。在100℃以下，时效几年才能长大到

100×10-10m。因此必须进行人工时效（100℃以上）使饱和固溶体进一步分解脱溶。图1是在175℃、195℃、215℃下时效的型材力学性能与时效时间的变化曲线。从图1可以看出，低温时效的6063合金型材力学性能提高最大，但是所需要的时间较长，生产效率较低。另外还可以看出温度比时间的影响大得多。因此在人工时效过程中应该重点严格控制温度。

图1 人工时效时间与强度的关系(B 合金) 2 w(Mg)/w(Si)、Fe、Zn 在合金时效

图2、3分别是6063合金中w(Mg)/w(Si)比值与杂质Fe 对人工时效效果的影响。从图中可以看出w(Mg)/w(Si)对时效硬度的影响曲线有一个低谷点；而Fe 则随其质量分数增加时效硬度也增加。在

w(Mg)/w(Si)<1.73的情况下，6063合金的人工时效硬度应该随着

w(Mg)/w(Si)增加而增加，而图2中的时效硬度低谷是由于这些合金中生成的杂质相α-Fe 2SiAl 8、β-FeSiAl 5、T-Al 2Mg 3Zn 较少的缘故。低谷处

合金中Fe 的质量分数为0.11%,Zn 的为0.01%；低谷左边的Fe 的为0.25%,Zn 为0.03%,右边的Fe 的质量分数为0.17%,Zn 为0.02%,左、右边的一些合金晶界处生成较多的杂质相。虽然6063合金人工时效中所生成的Fe、Zn 杂质相能提高型材的硬度，但由于杂质相质点粗大，约0.5～10μm，在变形中易成为裂纹源，降低合金的断裂韧性，而且对后来的阳极氧化着色造成不利影响，因此，还是应尽量避免它的生成。 U n R e g i s t e r e d

图2 合金中w(Mg)/w(Si)值对时效硬度的影响

图3 合金中Fe 的质量分数对时效硬度的影响 3 人工时效对6063合金电化学性能的影响

3.1 对导电率的影响

合金的导电率一般为50%IACS 左右。随着时效温度和时效时间增加导电率增加，而杂质Fe 的质量分数及w(Mg)/w(Si)对它的影响较小，见图4和表3。6063合金的时效分解序列为：α固溶体→球状GP 区→β"针状相→β’棒状相→β板状相（稳定相）。在低温、短时人工时效时，主要生成GP 区β"相，由于它们微细、弥散分布，使自由电子运动的空隙较小，阻力大，电阻率增加。随着时效温度和时效时间增加，过渡相逐渐向粗大的β’、β相转变，而自由电子运动的空隙增加，阻力减小，因而导电率增加。而Fe、w(Mg)/w(Si)在时效过程中只影响相的组成，

而不影响微细结构，因而对导电率影响甚微。 U n R e g i s t e r e

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