6061-T6鋁合金擠壓棒材導(dǎo)電率研究

周江平，朱世安，2，劉 歡，蔡月華，羅濤濤

（1.廣東豪美技術(shù)創(chuàng)新研究院有限公司，清遠(yuǎn) 511540；2.廣東豪美新材股份有限公司，清遠(yuǎn) 511540）

0 前言

6×××系鋁合金具有比強(qiáng)度高、成形性好、耐蝕性強(qiáng)、耐高溫等優(yōu)良性能，在所有可擠壓鋁合金產(chǎn)量中占比70%以上[1-2]。6061 鋁合金具有中等強(qiáng)度、優(yōu)良的焊接性能和良好的加工性能，廣泛地應(yīng)用于汽車零部件。隨著新能源汽車零部件應(yīng)用市場(chǎng)的拓展，用戶普遍對(duì)材料的綜合性能提出了更高的要求，同時(shí)提出了高強(qiáng)度和高導(dǎo)電率的技術(shù)要求。按照常規(guī)工藝生產(chǎn)的6061-T6鋁合金擠壓棒材電導(dǎo)率在35.5%IACS～39.5%IACS，不能滿足導(dǎo)電率≥45%IACS的需求。本文通過(guò)探索鋁棒成分、均質(zhì)工藝、時(shí)效工藝對(duì)6061 棒材力學(xué)性能和導(dǎo)電性能的影響，批量生產(chǎn)出符合用戶技術(shù)要求的棒材，為工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

1 試驗(yàn)研究

1.1 技術(shù)要求

6061 棒材的生產(chǎn)工藝流程：熔鑄→擠壓→時(shí)效?？蛻舻募夹g(shù)要求見表1，可以看出，客戶提出的力學(xué)性能和導(dǎo)電率要求遠(yuǎn)超國(guó)標(biāo)。

表1 6061-T6棒材技術(shù)要求

1.2 試驗(yàn)材料

設(shè)計(jì)了如表2所示的3種不同化學(xué)成分的6061合金，鑄成φ320 mm×1 250 mm的鑄錠。

表2 試驗(yàn)合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 化學(xué)成分

具體鑄造工藝參數(shù)見表3。熔煉溫度710～750 ℃。共鑄造3 個(gè)熔次的鑄棒，實(shí)測(cè)化學(xué)成分見表4。導(dǎo)電率與金屬內(nèi)部自由電子運(yùn)動(dòng)有關(guān)，鋁合金熔煉固溶時(shí)，原鋁錠中存在的Fe、Cr、Ti、Mn等過(guò)渡族雜質(zhì)元素固溶進(jìn)基體或形成金屬化合物，引起基體固溶度增加、晶格畸變等進(jìn)而導(dǎo)致金屬的導(dǎo)電率降低。過(guò)剩Si部分以游離Si的形式固溶在基體中，造成晶格畸變，導(dǎo)致導(dǎo)電性能下降，因此需要盡量減少過(guò)剩Si的含量，可將Si的含量盡量往下限控制。Cu 含量增加有利于力學(xué)性能和導(dǎo)電率提升，所以Cu按照中上限控制[4]。

表3 鑄造工藝參數(shù)

表4 實(shí)測(cè)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）

2.2 均質(zhì)化處理

研究不同均質(zhì)工藝對(duì)6061 鋁合金擠壓棒材T6狀態(tài)下制品導(dǎo)電率的影響，具體均質(zhì)工藝參數(shù)見表5，均質(zhì)后合金硬度、電導(dǎo)率及晶粒度等級(jí)見表6。合金鑄態(tài)的組織主要由枝晶狀的α（Al）過(guò)飽和固溶體及枝晶間的非平衡共晶相所組成。合金在鑄造冷卻條件下，其組織主要為過(guò)飽和固溶體，由于過(guò)飽和程度較高，合金的硬度也相應(yīng)較大，此時(shí)合金的導(dǎo)電率降低。均勻化退火后，加入的Mn、Cr 等形成高溫彌散相MnAl6、CrAl7等。與此同時(shí)，部分Mn、Cr 進(jìn)入AlFeSi 相形成Al（FeMnCr）Si，過(guò)飽和固溶體逐漸分解，使基體過(guò)飽和程度下降，進(jìn)而導(dǎo)致合金硬度降低，導(dǎo)電率升高[5]。

表5 6061合金均質(zhì)工藝參數(shù)

表6 6061合金均質(zhì)后硬度、電導(dǎo)率及晶粒度等級(jí)

6061 合金均勻化過(guò)程中隨著溫度的提高，枝晶偏析消除越徹底。通過(guò)表5 和表6 的數(shù)據(jù)得知：均勻化溫度越高，導(dǎo)電率越高。6061 合金使用575 ℃×8 h 工藝均勻化后相比520 ℃×12 h 工藝均勻化而言，前者硬度相對(duì)更低、導(dǎo)電率更高。

2.3 時(shí)效工藝

研究不同時(shí)效工藝對(duì)6061-T6鋁合金擠壓棒材制品導(dǎo)電率的影響。6061 合金擠壓棒材選定φ80 mm 規(guī)格，鑄錠規(guī)格采用φ320 mm×1 250 mm，擠壓筒徑為330 mm，筒溫為400～430 ℃，擠壓殘料厚度為50 mm，冷卻采用水浴冷卻，可以滿足產(chǎn)品的冷卻需求。實(shí)驗(yàn)過(guò)程按照表7的擠壓工藝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。

表7 6061合金擠壓工藝參數(shù)

不同化學(xué)成分和均質(zhì)工藝采用同一擠壓工藝的φ80 mm圓棒，分別按照175 ℃×8 h、195 ℃×6 h、205 ℃×3.5 h 和220 ℃×1.5 h 時(shí)效工藝進(jìn)行時(shí)效，并測(cè)試其力學(xué)性能及導(dǎo)電率，結(jié)果見表8。

表8 不同時(shí)效工藝參數(shù)下棒材力學(xué)性能及導(dǎo)電率

對(duì)于Al-Mg-Si 這種熱處理可強(qiáng)化合金，其第二相的析出狀態(tài)對(duì)合金性能具有顯著影響。鋁合金的導(dǎo)電性能主要是通過(guò)自由電子的定向運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)，因此，對(duì)鋁合金導(dǎo)電率影響最為強(qiáng)烈的因素是基體的固溶度。固溶度越高，自由電子的散射越嚴(yán)重，對(duì)自由電子的定向運(yùn)動(dòng)阻礙越大，所以導(dǎo)電率越低[6-7]。此類合金的強(qiáng)度增量主要是通過(guò)強(qiáng)化相阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)，從固溶狀態(tài)開始進(jìn)行時(shí)效處理，隨著強(qiáng)化相的析出，合金強(qiáng)度與導(dǎo)電率值是負(fù)相關(guān)[8-9]。

在過(guò)時(shí)效狀態(tài)下，合金組織和性能更為穩(wěn)定，但此時(shí)因強(qiáng)化相的粗化長(zhǎng)大，降低了對(duì)位錯(cuò)的阻礙運(yùn)動(dòng)，因此強(qiáng)度會(huì)有所降低。而隨著過(guò)時(shí)效程度的增加，更多溶質(zhì)原子從基體中脫溶，合金基體固溶度繼續(xù)降低，導(dǎo)電率得到明顯提高。

通過(guò)表8 的數(shù)據(jù)分析得知，同一批次的合金，在擠壓工藝相同的情況下，棒材經(jīng)195 ℃×6 h、205 ℃×3 h和220 ℃×1.5 h工藝時(shí)效后都處于過(guò)時(shí)效狀態(tài)，相比175 ℃×8 h工藝時(shí)效其性能降低，但導(dǎo)電率有所上升。綜合力學(xué)性能和導(dǎo)電率指標(biāo)，最優(yōu)的時(shí)效工藝是195 ℃×6 h。

3 結(jié)論

（1）6061 合金擠壓棒材，其雜質(zhì)含量越低鑄棒的導(dǎo)電率越高；通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究最優(yōu)的化學(xué)成分是2#成分，可以滿足擠壓棒材性能和導(dǎo)電率的要求。

（2）用于6061合金擠壓棒材的鑄棒采用不同溫度均質(zhì)，相比低溫均質(zhì)工藝，采用高溫均質(zhì)工藝的鑄棒導(dǎo)電率有較大提升，性能有較小的提升。

（3）6061 合金擠壓棒材采用高溫時(shí)效時(shí)，導(dǎo)電率更高，性能更低。

（4）最優(yōu)的工藝組合是：均質(zhì)工藝575 ℃×8 h和時(shí)效工藝195 ℃×6 h，擠壓出來(lái)的6061 合金棒材可以滿足用戶要求。