Si含量对6061型材在线风冷淬火性能的影响

王奕雷

（山东大学材料学院，济南 山东 250000）

Si含量对6061型材在线风冷淬火性能的影响

王奕雷

（山东大学材料学院，济南 山东 250000）

研究了Si元素在6061合金中的含量对在线风冷淬火力学性能的影响，确定了最佳合金含量、淬火温度、风冷淬火条件，解决了型材在线风冷淬火性能不达标的问题。

6061铝合金； 在线淬火； 性能；影响

0 前言

6061属Al-Mg-Si系合金，可热处理强化铝合金，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。因其含有少量Cu，因而强度高于6063，但淬火敏感性也比6063高，挤压之后一般不能实现风淬，需要重新固溶处理和淬火时效，才能获得较高的强度[1]。

目前，国内相当一部分铝型材生产厂家都是利用在线淬火来替代离线淬火炉淬火，这样不仅能够提高生产效率，而且能够不用配置价格高昂的离线淬火炉。但是利用在线淬火，特别是利用在线风冷淬火，有些厚壁型材的力学性能无法达到国标要求，如果是使用水冷淬火，力学性能是能够满足国标要求，但是型材的变形量大，形位尺寸无法保证[2]。这使生产这种型材的厂家进入了两难的境地。本文通过对6061合金型材在线风冷淬火试验，研究最佳的Si元素含量，提高型材的力学性能，使在线风冷淬火能够满足国标的要求。

1 试验方法

1.1 试验材料

选取直径φ178mm×730mm的6061铝合金铸锭，共计3个熔次，其化学成分见表1。

表1 6061合金化学成分（质量分数/%）

6061合金型材挤压力学性能的目标值符合国标GB/T6892-2006规定：抗拉强度≥260MPa，非

比例延伸强度≥240MPa。

1.2 试验经过

2015年3月6日，组织生产型材447：生产批号3120232，使用铸锭熔次号1210032-1，铸锭规格φ178mm×730mm。共投入铸锭88根，重量4.3t，产出制品共171根，重量3.56t。制品尺寸、表面和形位等要求均合格。

同时还生产了另外2个批次，批次号3120223和3120224。生产时使用的铸锭熔次号分别为1020353S和1220037-1，铸锭规格φ178mm×730mm。共投入铸锭112根，重量5.5t，产出制品224根，重量4.66t，制品尺寸、表面和形位等要求均合格。

生产以上三个批次的型材447生产，采用相同的生产技术工艺。工艺技术条件为：铸锭加热温度490℃，挤压筒温度设定450℃，挤压杆速度2.5mm/s，挤压比25.1，模具加热温度490℃，制品的出口温度控制528℃～532℃。淬火工艺为在线强风冷却淬火，风冷淬火后的制品温度为175℃～185℃。三个批次的制品同炉时效，时效加热温度175±3℃，保温时间8h。

在力学性能检测时发现，批号为3120223和3120224的制品的力学性能合格，均高于国标GB/ T6892-2006规定的抗拉强度≥260MPa、非比例延伸强度≥240MPa的要求。批号为3120232的制品的力学性能不合格，其检测结果如表2所示。

表2 力学性能检测结果

2 试验结果分析

为验证是否淬火工艺影响了制品的力学性能，我们重新组织生产型材447（批号3120311）。本次生产使用的铸锭与批号3120232的铸锭为同一熔次号（1210032-1），投入铸锭88根，重量4.3t。生产时改用喷水冷却进行淬火，其它挤压生产工艺同前三个批号生产工艺一样。生产完后分别在水冷淬火的制品和风冷淬火的制品上取了两个力学性能的试样。

时效工艺制度：175±3℃，保温时间8h时效后，做力学性能检测。水冷淬火制品的力学性能如表3所示。

表3 水冷淬火制品的力学性能

风冷淬火制品的力学性能如表4所示。

表4 风冷淬火制品的力学性能

随后又在风冷淬火的制品上取样做离线淬火和时效。淬火工艺：加热温度525℃，保温100min，样品出炉后迅速水冷至室温；时效工艺：温度175±3℃，保温时间8h。离线淬火和时效后，样品的力学性能检测如表5所示。

表5 离线淬火和时效制品的力学性能结果

3月16日，车间在3120232和3120311两批号制品中各取了两个成分检测试样送检，检测结果如表6所示。

表6 合金化学成分（质量分数/%）

对比成分检测实际值和公司内控标准（如表1所示）可以看出，铸锭成分中Si的含量接近内控标准的下限，Mg的含量低于内控标准。

3月21日生产型材447（批号3120314）时，

在其它生产工艺相同的条件下，用熔次号1220037的铸锭生产了6根，采用的时效工艺为加热温度175±3℃，保温时间8h。取样做力学性能检测，力学性能合格，其检测结果如表7所示。

表7 力学性能检测结果

3 试验结论

从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，是影响6061合金T6状态下制品力学性能的重要因素。根据以上的生产经验和分析，如果6061合金要采用风冷淬火工艺，并且达到国标要求的力学性能值，有以下几点建议：

（1）挤压6061合金T6状态的制品时，如果铸锭的Si含量低于0.6%时，制品淬火时尽量采用水冷淬火。

（2）挤压6061合金T6状态下的无法水冷淬火只能风冷淬火的制品时，尽量选用Si和Mg含量比较高的铸锭，对于壁厚较薄的型材可以达到国标要求的强度值。

（3）挤压6061合金T6状态的制品时，采用风冷淬火工艺，应改善挤压出料口淬火风机冷却效果，增加风机风量，提高淬火效果。

[1] 陈彬、温柳、潘学著，等. 6061铝合金在线淬火实验研究及模拟分析[J].铝加工，2011，5：18-21

[2] 吴正德.6061合金的热处理特性[J]. 铝加工，2005，1：38-41

（编辑：余东梅）

结构材料用铸造铝合金及其制造方法

欧洲专利 WO-022902

本专利提供了一种新型的铝合金结构材料，它具有较高的力学性能、耐磨抗腐蚀性能以及热稳定性，可以采用最廉价的铸造方法来生产。该合金可采用等离子电解氧化法使其表面硬化，或在表面形成很硬的氧化-陶瓷层。该铝合金属于多相共晶铝合金，其中还用高度分散的硬质子对它进行强化，以提高它的使用性能。同时，该铝合金的性能可通过改变合金成份、冷却速度及热处理制度加以调节。

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，山东鱼台人，硕士，高级工程师。

2016-03-02