6061铝合金性能研究综述

塑性加工金属学实验综述
——6061铝合金性能研究
铝，是一种化学元素。

它的化学符号是Al，它的原子序数是13。

铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。

在金属品种中，仅次于钢铁，为第二大类金属。

它具有特殊的化学、物理特性，不仅重量轻，质地坚，而且具有良好的延展性、导电性、导热性、耐热性和耐核辐射性，是国民经济发展的重要基础原材料。

铝的比重为 2.7，密度为 2.72g/cm3，约为一般金属的1/3。

由于铝的塑性很好，具有延展性，便于各种冷、热压力加工，它既可以制成厚度仅为0.006 毫米的铝箔，也可以冷拔成极细的丝。

通过添加其它元素还可以将铝制成合金使它硬化，强度甚至可以超过结构钢，但仍保持着质轻的优点。

航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。

近一个世纪的历史进程中，铝的产量急剧上升，到了20世纪60年代，铝在全世界有色金属的产量上超过了铜而位居首位，这它的用途涉及到许多领域，大至国防、航天、电力、通讯等，小到锅碗瓢盆等生活用品。

它的化合物用途非常广泛, 不同的含铝化合物在医药、有机合成、石油精炼等方面发挥着重要的作用。

人们根据不同的需要，研制出了许多铝合金，在许多
到了铝合金。

根据铝合金的加工工艺特性，纯铝按其纯度分为高纯铝、工业高纯铝和工业纯铝三类。

铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金。

形变铝合金塑性好，适宜于压力加工。

形变铝合金按照其性能特点和用途可分为防锈铝(LF)、硬铝(LY）、超硬铝(LC)和锻铝(LD)四种。

变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化
型铝合金。

不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括工业纯铝（1000系列）； Al-Mn合金（3000系列）； Al-Si合金（4000系列）； Al-Mg合金（5000系列）。

可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为Al-Cu-Mn合金（2000系列）；Al-Mg-Si合金（6000系列）； Al-Mg-Si-Cu合金（7000系列）。

铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能. 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,具有中等强度、良好的抗腐蚀性、可焊接性，氧化效果较好。

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；镁铝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。

代表用途包括航天固定装置、电器固定装置、通讯领域，也广泛应用于自动化机械零件、精密加工、模具制造、电子及精密仪器、SMT、PC板焊锡载具等等。

6061铝合金化学成分(%):Cu :0.15～0.4；
Mn :0.15 ；Mg :0.8～1.2 ；Zn :0.25；Cr :0.04～0.35 ；
Ti :0.15 ；Si :0.4～0.8 ；Fe :0.7 ；Al :余量。

不同的合金元素对Al-Mg-Si系铝合金组织及性能的影响是不同的，Mg 元素对Al-Mg-Si系合金的强度和腐蚀性能有重要影响,生产中应严格控制Mg 的含量,一般在充分形成Si
强
Mg
2
化相后不允许有过剩Mg 存在。

Si 元素是Al-Mg-Si系合金中主要强化元素之一,少量过剩Si 有助于改善材料的综合力学性能,配制合金成分时一般人为的使Si 元素适当过剩。

Fe 元素是Al2Mg2Si 系合金中的杂质成分,对该系材料的阳极氧化着色有很大影响,生产中应根据实际性能需要灵活控制Fe 的含量。

Zn 元素对Al2Mg2Si 系合金的腐蚀性能和反射性能有一定影响,易使该合金系铝型材产生点缺陷，生产中应采取合理措施解决“麻点”和“镀锌”现象6061的极限抗拉强度为124 MPa ，受拉屈服强度55.2 MPa ，延伸率25.0 % ，弹性系数68.9 GPa ，弯曲极限强度228 MPa ，Bearing Yield Strength 103 MPa ，泊松比0.330 ，疲劳强度 62.1 MPa。

在6061铝合金拉伸及冲压成形性能的试验研究中发现，6061铝合金具有较好的成形性性能, 它的板材在单向拉伸过程中受到双向非均匀
应力, 容易产生应力集中敏感, 发生脆性断裂, 但是在杯
突胀形过程中双向应力均匀扩展, 成形性比较好。

所以在采用6061铝合金板材作成形性工艺分析时, 要尽量避免出现双向非均匀应力的情况。

6061铝合金板材在拉伸过程中的强
化段由于局部松弛产生负荷波动, 容易导致试样表面上形
成类似滑移带的形变花纹而损害产品的外观, 所以采用该
材料作汽车表面件时, 必须增大均匀变形量以避免出现锯
齿形负荷。

6061铝合金的热处理工艺：1）快速退火：加热温度350～410℃;随材料有效厚度的不同，保温时间在30～120min之间;空气或水冷。

2）高温退火：加热温度350～500℃;成品厚度≥6mm时，保温时间为10～30min、＜6mm 时，热透为止;空气冷。

3）低温退火：加热温度150～250℃;保温时间为2～3h;空气或水冷。

对6061 铝合金热变形行为的研究得到，变形温度和应变速率是影响6061铝合金的流变应力的重要因素，同一应变速率下变形温度越高流变应力越低，同一流变温度下应变速率越高，流变应力越高。

可以用Zener-Hollomon 参数的双曲线描述6061 铝合金高温变形时的流变行为。

其本构方程为：ε=1.46×
1019[sinh(ασ)]8.926exp(-236858/RT)；其Z 参数可表述Z=exp(236858/RT) 。

6061 铝合金经过固溶时效后, 强度有明显提高. 该系合金主要强化相为Mg 2Si, 随固溶温度的升高, 合金的强化相Mg2Si 固溶在合金中, 提高合金硬度. 比较得到, 在固溶温度530℃, 保温6 h, 时效温度173℃ , 保温3 h 时试样获得较好的综合性能.而且随着淬火冷却速度的增大,6061铝合金型材的抗拉强度由空冷的223.27 MPa
提高到水冷的279.67MPa,伸长率降幅均不到1% ，型材的拉伸断口韧窝变得越来越浅。

实际生产中可通过在线水冷淬火满足特殊型材性能的要求。

向6061铝合金添加少量稀土, 引起稀土在固液界面前沿富集, 从而导致成分过冷度增大, 使晶粒得到细化,铸态组织中有少量稀土相在晶界附近析出。

添加稀土后的6061 铝合金挤压材保持了良好的力学性能,热挤压加工压力和挤压时间都下降,从而使挤压速度增大, 提高了挤压生产效率。

对6061 方锭铸造成型性研究，6061合金方锭的成型性较差主要是由于其化学成分复杂, 铸造工艺不合理引起的。

为了提高6061合金方锭的成型性, 适当调整其化学成分和铸造工艺, 将Cu 按下限控制, 加入适量的Fe 元素; 适当降低铸造三大工艺参数, 并且在铸造前进行铺底, 提高铸造成品率。

近几十年来,世界铝合金挤压工业有了很大发展,特别是大、中型挤压材生产技术、工艺装备水平有了很大提高。

我国的铝合金挤压生产业也有了长足的进步,进入了世界铝合金挤压大国之列,但还不是挤压强国。

特别是在大、中型工业用结构铝合金型材的生产工艺和装备上仍存在一定差距,应尽快建设十几条30 MN以上的现代化挤压生产线并提高其生产工艺水平,大批量地生产各种大、中型工业用铝合金挤
压产品,以满足国内外市场的需求。

铝合金挤压产品特别是大、中型工业用结构铝合金型材应用范围十分广泛,市场容量及市场潜力巨大,前景很好。

而6061 铝合金作为一种较新型的材料，在芯体强度、焊后加工性、抗腐蚀性等方面具有很大的优势，必然有很大的应用空间。