Si含量對(duì)6061型材在線風(fēng)冷淬火性能的影響

王奕雷

（山東大學(xué)材料學(xué)院，濟(jì)南 山東 250000）

Si含量對(duì)6061型材在線風(fēng)冷淬火性能的影響

王奕雷

（山東大學(xué)材料學(xué)院，濟(jì)南 山東 250000）

研究了Si元素在6061合金中的含量對(duì)在線風(fēng)冷淬火力學(xué)性能的影響，確定了最佳合金含量、淬火溫度、風(fēng)冷淬火條件，解決了型材在線風(fēng)冷淬火性能不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。

6061鋁合金； 在線淬火； 性能；影響

0 前言

6061屬Al-Mg-Si系合金，可熱處理強(qiáng)化鋁合金，中等強(qiáng)度，具有良好的塑性和優(yōu)良的耐蝕性。特別是無(wú)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂傾向，其焊接性優(yōu)良，耐蝕性及冷加工性好，是一種使用范圍廣很有前途的合金。因其含有少量Cu，因而強(qiáng)度高于6063，但淬火敏感性也比6063高，擠壓之后一般不能實(shí)現(xiàn)風(fēng)淬，需要重新固溶處理和淬火時(shí)效，才能獲得較高的強(qiáng)度[1]。

目前，國(guó)內(nèi)相當(dāng)一部分鋁型材生產(chǎn)廠家都是利用在線淬火來(lái)替代離線淬火爐淬火，這樣不僅能夠提高生產(chǎn)效率，而且能夠不用配置價(jià)格高昂的離線淬火爐。但是利用在線淬火，特別是利用在線風(fēng)冷淬火，有些厚壁型材的力學(xué)性能無(wú)法達(dá)到國(guó)標(biāo)要求，如果是使用水冷淬火，力學(xué)性能是能夠滿足國(guó)標(biāo)要求，但是型材的變形量大，形位尺寸無(wú)法保證[2]。這使生產(chǎn)這種型材的廠家進(jìn)入了兩難的境地。本文通過(guò)對(duì)6061合金型材在線風(fēng)冷淬火試驗(yàn)，研究最佳的Si元素含量，提高型材的力學(xué)性能，使在線風(fēng)冷淬火能夠滿足國(guó)標(biāo)的要求。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取直徑φ178mm×730mm的6061鋁合金鑄錠，共計(jì)3個(gè)熔次，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 6061合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

6061合金型材擠壓力學(xué)性能的目標(biāo)值符合國(guó)標(biāo)GB/T6892-2006規(guī)定：抗拉強(qiáng)度≥260MPa，非

比例延伸強(qiáng)度≥240MPa。

1.2 試驗(yàn)經(jīng)過(guò)

2015年3月6日，組織生產(chǎn)型材447：生產(chǎn)批號(hào)3120232，使用鑄錠熔次號(hào)1210032-1，鑄錠規(guī)格φ178mm×730mm。共投入鑄錠88根，重量4.3t，產(chǎn)出制品共171根，重量3.56t。制品尺寸、表面和形位等要求均合格。

同時(shí)還生產(chǎn)了另外2個(gè)批次，批次號(hào)3120223和3120224。生產(chǎn)時(shí)使用的鑄錠熔次號(hào)分別為1020353S和1220037-1，鑄錠規(guī)格φ178mm×730mm。共投入鑄錠112根，重量5.5t，產(chǎn)出制品224根，重量4.66t，制品尺寸、表面和形位等要求均合格。

生產(chǎn)以上三個(gè)批次的型材447生產(chǎn)，采用相同的生產(chǎn)技術(shù)工藝。工藝技術(shù)條件為：鑄錠加熱溫度490℃，擠壓筒溫度設(shè)定450℃，擠壓桿速度2.5mm/s，擠壓比25.1，模具加熱溫度490℃，制品的出口溫度控制528℃～532℃。淬火工藝為在線強(qiáng)風(fēng)冷卻淬火，風(fēng)冷淬火后的制品溫度為175℃～185℃。三個(gè)批次的制品同爐時(shí)效，時(shí)效加熱溫度175±3℃，保溫時(shí)間8h。

在力學(xué)性能檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，批號(hào)為3120223和3120224的制品的力學(xué)性能合格，均高于國(guó)標(biāo)GB/ T6892-2006規(guī)定的抗拉強(qiáng)度≥260MPa、非比例延伸強(qiáng)度≥240MPa的要求。批號(hào)為3120232的制品的力學(xué)性能不合格，其檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

為驗(yàn)證是否淬火工藝影響了制品的力學(xué)性能，我們重新組織生產(chǎn)型材447（批號(hào)3120311）。本次生產(chǎn)使用的鑄錠與批號(hào)3120232的鑄錠為同一熔次號(hào)（1210032-1），投入鑄錠88根，重量4.3t。生產(chǎn)時(shí)改用噴水冷卻進(jìn)行淬火，其它擠壓生產(chǎn)工藝同前三個(gè)批號(hào)生產(chǎn)工藝一樣。生產(chǎn)完后分別在水冷淬火的制品和風(fēng)冷淬火的制品上取了兩個(gè)力學(xué)性能的試樣。

時(shí)效工藝制度：175±3℃，保溫時(shí)間8h時(shí)效后，做力學(xué)性能檢測(cè)。水冷淬火制品的力學(xué)性能如表3所示。

表3 水冷淬火制品的力學(xué)性能

風(fēng)冷淬火制品的力學(xué)性能如表4所示。

表4 風(fēng)冷淬火制品的力學(xué)性能

隨后又在風(fēng)冷淬火的制品上取樣做離線淬火和時(shí)效。淬火工藝：加熱溫度525℃，保溫100min，樣品出爐后迅速水冷至室溫；時(shí)效工藝：溫度175±3℃，保溫時(shí)間8h。離線淬火和時(shí)效后，樣品的力學(xué)性能檢測(cè)如表5所示。

表5 離線淬火和時(shí)效制品的力學(xué)性能結(jié)果

3月16日，車間在3120232和3120311兩批號(hào)制品中各取了兩個(gè)成分檢測(cè)試樣送檢，檢測(cè)結(jié)果如表6所示。

表6 合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

對(duì)比成分檢測(cè)實(shí)際值和公司內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)（如表1所示）可以看出，鑄錠成分中Si的含量接近內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)的下限，Mg的含量低于內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。

3月21日生產(chǎn)型材447（批號(hào)3120314）時(shí)，

在其它生產(chǎn)工藝相同的條件下，用熔次號(hào)1220037的鑄錠生產(chǎn)了6根，采用的時(shí)效工藝為加熱溫度175±3℃，保溫時(shí)間8h。取樣做力學(xué)性能檢測(cè)，力學(xué)性能合格，其檢測(cè)結(jié)果如表7所示。

表7 力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)論

從以上的分析中可以看出，Si和Mg的含量及其在合金中的含量比，是影響6061合金T6狀態(tài)下制品力學(xué)性能的重要因素。根據(jù)以上的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和分析，如果6061合金要采用風(fēng)冷淬火工藝，并且達(dá)到國(guó)標(biāo)要求的力學(xué)性能值，有以下幾點(diǎn)建議：

（1）擠壓6061合金T6狀態(tài)的制品時(shí)，如果鑄錠的Si含量低于0.6%時(shí)，制品淬火時(shí)盡量采用水冷淬火。

（2）擠壓6061合金T6狀態(tài)下的無(wú)法水冷淬火只能風(fēng)冷淬火的制品時(shí)，盡量選用Si和Mg含量比較高的鑄錠，對(duì)于壁厚較薄的型材可以達(dá)到國(guó)標(biāo)要求的強(qiáng)度值。

（3）擠壓6061合金T6狀態(tài)的制品時(shí)，采用風(fēng)冷淬火工藝，應(yīng)改善擠壓出料口淬火風(fēng)機(jī)冷卻效果，增加風(fēng)機(jī)風(fēng)量，提高淬火效果。

[1] 陳彬、溫柳、潘學(xué)著，等. 6061鋁合金在線淬火實(shí)驗(yàn)研究及模擬分析[J].鋁加工，2011，5：18-21

[2] 吳正德.6061合金的熱處理特性[J]. 鋁加工，2005，1：38-41

（編輯：余東梅）

結(jié)構(gòu)材料用鑄造鋁合金及其制造方法

歐洲專利 WO-022902

本專利提供了一種新型的鋁合金結(jié)構(gòu)材料，它具有較高的力學(xué)性能、耐磨抗腐蝕性能以及熱穩(wěn)定性，可以采用最廉價(jià)的鑄造方法來(lái)生產(chǎn)。該合金可采用等離子電解氧化法使其表面硬化，或在表面形成很硬的氧化-陶瓷層。該鋁合金屬于多相共晶鋁合金，其中還用高度分散的硬質(zhì)子對(duì)它進(jìn)行強(qiáng)化，以提高它的使用性能。同時(shí)，該鋁合金的性能可通過(guò)改變合金成份、冷卻速度及熱處理制度加以調(diào)節(jié)。

Effect of Si Content on Properties of 6061 Profile Online Air-cooling Quenching

WANG Yi-lei
(College of Materials, Shandong University, Jinan 250000,China）

The effect of Si content on the mechanical properties of 6061 alloy online air-cooling quenching was studied. The optimum alloy content, quenching temperature and cooling condition were determined. The problem of on-line air-cooling quenching performance substandard is solved.

alloy; air-cooling online; quenching; effect

TG146.21

A

1005-4898（2016）03-0031-03

10.3969/j.issn.1005-4898.2016.03.07

王奕雷（1978-），男，山東魚(yú)臺(tái)人，碩士，高級(jí)工程師。

2016-03-02