人工時效對6061合金擠壓棒材腐蝕敏感性的影響

段英冶，劉兆偉，孫 亮，董劉穎，李有功，周 龍

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

6系鋁合金屬于可熱處理強化鋁合金，其主要合金元素為Mg和Si，以Mg2Si為主要強化相[1]。6系合金具有中等強度、良好的耐蝕性、焊接性及成形性等優(yōu)點[2-4]，廣泛應(yīng)用于軌道交通、汽車及建筑等領(lǐng)域，其中6061、6063和6082合金應(yīng)用最多。

晶間腐蝕是由組織不均勻引起的電化學(xué)局部腐蝕。晶間腐蝕沿晶界延伸，破壞晶粒間結(jié)合力，使材料失效。目前關(guān)于6系合金晶間腐蝕敏感性的研究主要集中在合金成分設(shè)計和熱處理工藝等方面[5]?，F(xiàn)有理論認為6系合金主要合金元素Mg、Si的含量比以及Cu含量都會對合金的晶間腐蝕敏感性產(chǎn)生影響[6-7]。也有相關(guān)研究表明，6061合金進行T616時效處理可有效提高其晶間腐蝕抗力[8]。

本文以6061合金擠壓棒材為研究對象，分別進行欠時效、峰時效和過時效的熱處理制度，然后進行晶間腐蝕試驗。通過微觀組織觀察以及電導(dǎo)率和硬度測試，分析不同時效制度對合金力學(xué)性能和晶間腐蝕敏感性的影響。

1 試驗方法

選擇直徑φ38 mm的6061鋁合金擠壓棒材為研究對象，合金成分見表1，熱處理工藝方案見表2。采用Sigmatest2.069渦流電導(dǎo)儀進行合金試樣電導(dǎo)率測試，布氏硬度計測試合金試樣硬度，晶間腐蝕試驗按照HB5255-83要求進行，然后利用光學(xué)顯微鏡觀察合金試樣腐蝕形貌，并測量腐蝕深度。

表1 6061擠壓棒材化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%)

表2 熱處理制度

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 時效制度對電導(dǎo)率的影響

合金試樣在不同時效時間下的電導(dǎo)率變化曲線，見圖1。從圖中可看出，隨著時效時間的增加，合金試樣電導(dǎo)率呈上升趨勢，在4～12 h內(nèi)，電導(dǎo)率升高幅度較大。隨著時效時間延長至12 h以上，合金試樣電導(dǎo)率雖有所提高，但提高幅度較小，基本趨于穩(wěn)定。這說明在175 ℃×12 h時效制度下，合金試樣基本達到峰時效狀態(tài)，而超過12 h時為過時效狀態(tài)，合金試樣電導(dǎo)率變化并不明顯。這是因為隨著時效時間延長，6061鋁合金中的沉淀相不斷析出并長大，破壞原來的共格關(guān)系，晶格畸變程度不斷弱化，從而使合金電導(dǎo)率升高，但當(dāng)時效時間超過一定程度時，合金中可析出相越來越少，因此合金電導(dǎo)率漲幅也越來越平緩。

圖1 合金在不同時效時間下的電導(dǎo)率

2.2 時效制度對硬度的影響

合金試樣在不同時效時間下的布氏硬度曲線，見圖2。從圖中可以看出，時效時間在4～12 h時，合金試樣硬度值隨時效時間的延長逐漸升高，并在12 h達到最大值，此時強化效果最佳。當(dāng)時效時間過12 h時，合金進入過時效狀態(tài)，合金試樣硬度值出現(xiàn)拐點，呈下降趨勢。

圖2 合金在不同時效時間下的硬度

2.3 時效時間對晶間腐蝕敏感性的影響

合金試樣在不同時效時間下的晶間腐蝕組織，見圖3，合金試樣腐蝕深度，見圖4。從圖3和圖4可知，時效時間為4 h時，其表面整體腐蝕較輕，只有局部出現(xiàn)了明顯的腐蝕坑，但腐蝕深度最大；隨著時效時間的延長，合金試樣表面點蝕現(xiàn)象逐漸增多，腐蝕面積增大，但腐蝕深度有所減??；在175 ℃×12 h時腐蝕深度最小，但表面出現(xiàn)了明顯的點蝕甚至爆皮現(xiàn)象。時效時間延長至15～18 h，合金試樣腐蝕深度又出現(xiàn)增大，且表面腐蝕嚴重，出現(xiàn)表面爆皮、分層等現(xiàn)象。這是因為合金試樣時效時間較短時，合金晶界附近溶質(zhì)原子向晶界擴散較少，晶界無析出帶較長，晶間腐蝕擴散通道較為通暢。隨著時效時間的延長，合金晶界析出相增加，擴散通道內(nèi)電位差變化頻繁，合金表面不易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。當(dāng)時效時間進一步延長，合金晶界析出物越來越多，晶界附近由于溶質(zhì)原子的析出，形成無析出相的貧化帶，而貧化帶與Al基本相同，在電化學(xué)腐蝕中充當(dāng)陽極，形成腐蝕通道，從而產(chǎn)生晶間腐蝕。

3 結(jié)論

1)6061合金擠壓棒材在540 ℃×2 h固溶處理后，經(jīng)175 ℃×12 h人工時效可達到峰時效狀態(tài)，硬度達到最大值；

2)在欠時效狀態(tài)下，合金抗晶間腐蝕性能隨著電導(dǎo)率的提升而提高；

3)在峰時效狀態(tài)下，合金腐蝕深度最小，抗晶間腐蝕性能較好。

(a)175℃×4 h；(b)175 ℃×6 h；(c)175 ℃×8 h；(d)175 ℃×10 h；(e)175 ℃×12 h；(f)175 ℃×15 h；(g)175 ℃×18 h

圖4 不同時效時間6061合金擠壓棒的腐蝕深度