热处理对含硼6061铝合金组织及性能影响

张红科

摘 要：本文研究了热处理工艺对含硼6061铝合金的影响，研究结果发现：固溶温度和固溶时间对含硼6061铝合金影响较大，随固溶温度的提高和固溶间的延长，对Mg2Si的溶入有较大的促进作用。时效温度和时效时间也对6061铝合金有较大影响，时效温度越高、时效时间越长，Mg2Si的析出越多，结合微观组织和硬度数据，含硼6061合金的热处理工艺为：555℃×5.5h+175℃×6h。

关键词：6061铝合金；热处理；金相组织；性能

中图分类号：TG457 文献标识码：A

6061合金属于A1-Mg-Si系可热处理强化铝合金，主要合金元素为Mg和Si，并以Mg2Si相为主要强化相，具备中等强度、挤压加工性能优良、耐蚀性高和可焊性好等特点，可作为结构、装饰、汽车车身以及轮毂等材料，还是生产挤压型材的主要原材料。铝合金的时效过程是受扩散控制的，合金元素对时效过程中沉淀相的析出有很大影响，其中硼的加入能使其晶界发生改变，提高其综合性能。本文主要通过改变固溶和时效温度以及保温时间的热处理参数，研究了热处理工艺对含硼6061铝合金微观组织及力学性能的影响，为6061铝合金的进一步开发与应用做探讨性研究。

1.试验材料及方法

1.1 试验材料

本文选用的材料为含硼量为0.2wt.%的6061铝合金，其主要成分见表1。

1.2 试验方法

通过熔炼得到含硼量为0.2%（质量分数）的6061铝合金。通过切割、打磨将试样利用HBS-3000型数显布氏硬度计进行硬度试验。经打磨抛光后使用Kerell试剂腐蚀，Kerell试剂的配比见表2。用Axiovert 40 MAT型金相显微镜观察合金的微观组织。

2.实验结果及分析

2.1 固溶温度对含硼6061铝合金组织及性能的影响

图1、图2为不同固溶温度固溶3.5h合金的微观组织及力学性能。

从图1中可以看出伴随着固溶温度的提高，6061合金的显微组织变化十分明显。当固溶温度为535℃时，晶内及晶界残留许多粗大的相粒子（图中黑色斑点），这是由于合金固溶不充分；当固溶温度为545℃时，合金中的强化相粒子明显减少，合金的强化相粒子大多数溶入到基体内；当固溶温度为555℃时，合金的晶内强化相几乎全部溶入基体中。

由图2可以看出随着固溶温度的增加，整体呈上升趋势，在575℃硬度最高，但在565℃出现了一个降低的现象，这可能是合金中存在缺陷所致。

综合上述的金相和硬度分析，选择的固溶温度是555℃为最佳。

2.2 固溶时间对含硼6061铝合金组织及性能的影响

图3、图4为相同固溶温度不同固溶时间的6061铝合金组织及力学性能。

由图3可以看出，当保温时间较短时，合金中大量的Mg2Si（β）相还未完全固溶到晶内，所以此时所产生的固溶强化作用较小。随着保温时间的增加，合金中的Mg2Si（β）相会不停的固溶到晶体内，当保温时间增加到5.5h时，该合金中大部分的Mg2Si（β）相已基本充分溶解。随着进一步延长保温时间，出现晶粒的长大现象。

由图4可知，随着固溶时间的增加，合金的硬度呈现先上升再下降再升高的趋势，当固溶时间为5.5h时，合金的硬度达到最大值。至于合金固溶在4.5h时合金的硬度下降的现象，可能和合金中存在的缺陷有关。

综合上述的金相和硬度分析，选择的固溶时间是5.5h。

2.3 时效温度对含硼6061铝合金组织和性能的影响

图5、图6为不同时效温度下6061铝合金的微观组织及力学性能。

从图5中看出在时效时间相同的情况下，随着温度的增加合金中的第二相粒子数量增多，且尺寸增大。时效过程只是强化相从基体中析出，并弥散分布，达到弥散强化的效果，提高其强度。

合金经555℃固溶后，时效温度对Al-Mg-Si合金硬度影响很大，当时效温度为175℃时，合金硬度值最高，随着时效温度提高，合金的硬度下降。结合不同时效温度时的微观组织分析可知，时效温度提高，合金的晶粒粗化，因此硬度下降，所以时效温度选择为175℃。

2.4 时效时间对含硼6061铝合金组织和性能的影响

图7、图8为相同时效时间不同时效温度的6061铝合金组织及力学性能。

从图中可以看出，随着时效时间的延长，合金中的黑色第二相数量增多，且尺寸逐渐变大。

结合合金不同时效时间时的组织可以知道，随着时效时间的延长，合金中Mg2Si相的数量增加，因此合金的硬度提高。但是，当时效时间超过6h后，合金的晶粒长大比较明显，因此合金的硬度稍有降低。所以最终选择时效时间为6h。

结论

（1）6061铝合金经过固溶后，合金中的Mg2Si溶入α-A1基体中，固溶温度的升高和固溶时间的延长，都对Mg2Si的溶入促进作用。

（2）6061铝合金经过时效处理后，合金中的Mg2Si相重新析出，时效温度越高、时效时越长，Mg2Si的析出越多。

（3）结合微观组织和硬度数据，6061合金的热处理工艺为：555℃×5.5h+175℃×6h。

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