1、1999,Vol 127, 9輕合金加工技 術(shù)25人工時效制度對6063鋁合金型材質(zhì)量的影響李世平(貴州鋁加工廠貴州省貴陽市550005摘要6063合金擠壓型材的力學性能和電化學性能除了與合金的化學成分有密切關(guān)系外, 還與人工時效制度有較大關(guān)系。低溫長時間時效和高溫短時間時效使力學性能有較大提高, 但卻降低了合金的電化學性能。為了兼顧兩種性能及確保生產(chǎn)效率, 采用室溫自然時效(停放 2h , 再在195205人工時效2h 的時效制度是適宜的。關(guān)鍵詞6063鋁合金人工時效過渡相力學性能電化學性能E ffect of Artif icial Aging Specif ication on Q u

2、alityof 6063Aluminium Alloy Prof ileLi Shiping(Guizhou Aluminium Fabrication Plant , , ,China Abstract properties of 6063aluminium alloy profile and artificial aging specification 1The optimal artificial ag 2ing at temperature for 2h and then at 195250for 2h ,which can assure two properties and high

3、 production efficiency 1K eyw ords 6063aluminium alloy ;artificial aging ;transition phase ;mechanical properties ;electro -chemical properties按G B/T3190-1996規(guī)定,6063(LD31 合金的化學成分如表1。為了兼顧力學性能和擠壓性能, Mg 2Si 質(zhì)量分數(shù)一般控制在017%左右。應(yīng)控制w (Mg /w (Si =1173。但是由于合金中存在雜質(zhì)Fe , 要消耗一部分Si , 在生產(chǎn)表2日本6063合金化學成分及Mg/Si(w (Mg /

4、w (Si 與型材硬度的關(guān)系合金SiMgFeCuZn MnCrTi Mg/Si HV表16063合金化學成分%主成分Mg 0145019Si雜質(zhì)Fe Cu Mn Zn Cr其它雜質(zhì)Ti 單個合計Al從表2可以看出, 雜質(zhì)Fe 和Zn 對合金的力學性能也有較大的影響, 這是因為在合金中生成-Fe 2SiAl 8(以前報道為Fe 3SiAl 12 , -FeSiAl 5(以前報道為Fe 2Si 2Al 9 及T -Al 2MgZn 3等雜質(zhì)相的緣實踐中一般控制w (Mg /w (Si =111113。表2是日本6063合金的化學成分(% 及合金硬度與w (Mg /w (Si 的關(guān)系(195, 時效

5、2h 。故。這些雜質(zhì)相都是硬的質(zhì)點, 位錯不易切割, 能夠增強合金的力學性能, 但卻降低了合金的擠壓性能(容易拉傷、劃傷 、耐腐蝕收稿日期:1999-02-11李世平, 男,1946年生, 高級工程師。26輕合金加工技術(shù)1999,Vol 127, 9性、電化學性能及著色材的顏色均勻性和光澤性。6063合金型材的性能除了與化學成分有關(guān)之外, 還與熱處理條件即人工時效有關(guān)。為了兼顧各種性能, 本文結(jié)合合金的化學成分, 著重研究了6063合金型材的人工時效機制及其對力學性能和電化學性能的影響。(Si 比值與雜質(zhì)Fe 對人工時效效果的影響。從圖中可以看出w (Mg /w (Si 對時效硬度的影響曲線有

6、一個低谷點; 而Fe 則隨其質(zhì)量分數(shù)增加時效硬度也增加。在w (Mg /w (Si 1173的情況下,6063合金的人工時效硬度應(yīng)該隨著w (Mg /w (Si 增加而增加, 而圖2中的時效硬度低谷是由于這些合-FeSiAl 5、金中生成的雜質(zhì)相-Fe 2SiAl 8、T -Al 2 Mg 3Zn 較少的緣故。低谷處合金中Fe 的質(zhì)量分數(shù)為0111%, Zn 的為0101%;16063擠壓型材的時效過程中力學性能變化6063合金在擠壓變形出口處的溫度一般是520540, 在變形程度較大或變形復(fù)雜的情況下, 出口溫度可達570580。在這樣的溫度下Mg 2Si 強化相多數(shù)被溶解, 隨后經(jīng)風淬冷卻

7、, 產(chǎn)生溶質(zhì)原子和空位雙重過飽和的固溶體, 又經(jīng)過自然時效( 100以下停放2h 形成球狀GP 區(qū), 10-10m 。大到100-。(100以上 溶。圖1是在175、195、215下時效的型材力學性能與時效時間的變化曲線。從圖1可以看出, 低溫時效的6063合金型材力學性能提高最大, 但是所需要的時間較長, 生產(chǎn)效率較低。另外還可以看出溫度比時間的影響大得多。因此在人工時效過程中應(yīng)該重點嚴格控制溫度。低谷左邊的Fe 的為0. 25 ,Zn 為0. 03%, 右邊的Fe 的質(zhì)量分數(shù)為0117%, Zn 為0102%, 左、右邊的一些合金晶界處生成較多的雜質(zhì)相。雖然6063合金人工時效中所生成的F

8、e 、Zn 雜質(zhì)相能提高型材的硬度, 但, m , 在變, , , 。圖2合金中w (Mg w (Si 值對時效硬度的影響圖1人工時效時間與強度的關(guān)系(B 合金2w (Mg /w (Si 、Fe 、Zn 在合金時效中對力學性能的影響圖2、3分別是6063合金中w (Mg /w圖3合金中Fe 的質(zhì)量分數(shù)對時效硬度的影響1999,Vol 127, 9輕合金加工技 術(shù)273人工時效對6063合金電化學性能的影響311對導(dǎo)電率的影響合金的導(dǎo)電率一般為50%IACS 左右。隨著時效溫度和時效時間增加導(dǎo)電率增加, 而雜質(zhì)Fe 的質(zhì)量分數(shù)及w (Mg /w (Si 對它的影響較小, 見圖4和表3。6063合

9、金的時效分解序列為:固溶體球狀GP 區(qū)板狀相(穩(wěn)定相 。在針狀相棒狀相低溫、短時人工時效時, 主要生成GP 區(qū)相, 由于它們微細、彌散分布, 使自由電子運動的空隙較小, 阻力大, 電阻率增加。隨著時效溫度和時效時間增加, 過渡相逐漸向粗大的、相轉(zhuǎn)變, 而自由電子運動的空隙增加, 阻力減小, 因而導(dǎo)電率增加。而Fe 、w(Mg /w (Si 在時效過程中只影響相的組成, 而不影響微細結(jié)構(gòu), 因而對導(dǎo)電率影響甚微 。及雜質(zhì)相析出、長大而增加, 而耐電化學溶解和耐酸溶解腐蝕性卻降低, 因而膜的生成效率降低。過時效的型材不但力學性能降低, 而且耐電化學和耐化學腐蝕性也降低 。圖5合金導(dǎo)電率對陽極氧化膜

10、生長的影響313對陽極氧化膜和著色膜的光澤度的影響圖64。(光反 、時效時間的增加而減小的; 也是隨著合金中Fe 的質(zhì)量分數(shù)增加而減小的, 并且其減小程度較溫度和時間的大, 而對著色膜的色調(diào)(L 值 幾乎沒有影響。L 值小, 色調(diào)越暗。表4人工時效及合金成分對氧化和著色膜光澤度的影響時效條件175185215圖4導(dǎo)電率與人工時效溫度和時間的關(guān)系氧化膜反射率/%A 著色膜反射率/%表36063合金w (Fe 和w (Mg /w (Si 量對導(dǎo)電率的影響序號175195215w (Fe %w (Mg w (Si 2h 5h 2h 5h 2h 5h 150. 25151. 852. 953. 154

11、. 30. 111. 23249. 85151. 752. 753. 354. 40. 171. 33色調(diào)L 值氧化膜反射率/%B 著色膜反射率/%色調(diào)L 值氧化膜反射率/%C 著色膜反射率/%312對陽極氧化的影響色調(diào)L 值合金的導(dǎo)電率對陽極氧化膜的生長有影響。隨著導(dǎo)電率增加陽極氧化膜的重量減少, 見圖5。6063合金在時效過程中導(dǎo)電率是隨著時效溫度和時效時間增加而增加的, 也就是說導(dǎo)電率隨著合金中的Mg 2Si 相一般認為陽極氧化膜越厚, 對光的反射率越低, 而圖6中卻是膜越重, 對光的反射率越高, 具有相反的結(jié)果。這是因為隨著時效溫度、時效時間及合金中Fe 的質(zhì)量分數(shù)增加, 28輕合金加

12、工技術(shù)1999,Vol 127, 9圖7Mg 2Si 析出形態(tài)與氧化膜的電容C圖6陽極氧化膜重量對光的反射率的影響及著色等當點t c 的關(guān)系陽極氧化膜的耐蝕性降低, 氧化膜變得疏松, 致密度降低, 重量相對減少, 因而對光的反射率減小。另一方面, 隨著時效時間和時效溫度增相轉(zhuǎn)變, 析出加,Mg 2Si 強化相由量增加并粗大。在陽極氧化中阻擋層變薄 氧化膜增厚, , , 澤度降低Si 膜的電容C 及著色等當點t c 的關(guān)系。綜上所述,6063合金型材的質(zhì)量和性能除與合金的化學成分有密切關(guān)系外, 還與人工時效制度有較大關(guān)系Fe 、Zn 產(chǎn)效率, 需認真選擇人工時效制度, 而嚴格控制溫度條件是至關(guān)重

13、要的。根據(jù)研究和生產(chǎn)實踐, 筆者認為選擇自然時效2h 后再在195205人工時效23h 較為適宜。4結(jié)束語通用汽車公司與伊姆科公司簽訂10億美元的再生鋁供應(yīng)協(xié)議全球第一大汽車制造企業(yè)美國通用汽車公司(G eneral Motors 與美國得克薩斯州艾唯市(Irving 伊姆科再生鋁公司(IMCO 于1999年初簽訂了13年的再生鋁供應(yīng)合同, 價值10億美元。用它們制造汽車發(fā)動機零部件與汽車的其他零件。為了保證供應(yīng), 伊姆科公司將投資212千萬美元在密執(zhí)安州齊爾沃克市(Zilwaukee 新建一個再生鋁廠, 通用汽車公司將購買該廠生產(chǎn)的符合標定成分的全部再生鋁, 其中大部分以熔體形式用澆包運往通用汽車公司的薩吉諾鑄造廠(GM s Saginaw Metal Casting , 少部分鑄成再生鋁錠 。在此廠未建成前, 通用汽車