人工時(shí)效制度對(duì)6063鋁合金型材質(zhì)量的影響

1、人工時(shí)效制度對(duì)6063鋁合金型材質(zhì)量的影響來源：中國(guó)鋁材信息網(wǎng)，更新時(shí)間： 2007-7-20 11:08:47，閱讀：逗2120次摘要 6063合金擠壓型材的力學(xué)性能和電化學(xué)性能除了與合金的化學(xué)成分有密切關(guān)系外，還與人工 時(shí)效制度有較大關(guān)系。低溫長(zhǎng)時(shí)間時(shí)效和高溫短時(shí)間時(shí)效使力學(xué)性能有較大提高，但卻降低了合金的電化學(xué)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(shí)效(停放)2h,再在195205 C人工時(shí)效2h的時(shí)效制度是適宜的。關(guān)鍵詞 6063鋁合金人工時(shí)效過渡相力學(xué)性能 電化學(xué)性能Effect of Artificial Aging Specification on Quality o

2、f 6063 Aluminium Alloy ProfileLi Shi ping(Guizhou Aluminium Fabrication Plant,Guiyang,550005,China) Abstract The mechanical properties and electro-chemical properties of 6063 aluminium alloy profile are effected by the chemical compositon and a rtificial aging specification.The optimal artificial ag

3、ing specification is at roo m temperature for 2 h and then at 195250C for 2 h,which can assure two prop erties and high p roducti on efficie ncy.Keywords 6063 aluminium alloy; artificial aging； transition phase; me chanical properties； electro-chemical properties按GB/T3190-1996規(guī)定,6063 (LD31)合金的化學(xué)成分如表

4、 1。為了兼顧 力學(xué)性能和擠壓性能，MgSi質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般控制在0.7%左右。應(yīng)控制w(Mg)/w (Si)=1.73。但是由于合金中存在雜質(zhì)Fe,要消耗一部分Si,在生產(chǎn)實(shí)踐中一般 控制w(Mg)/w(Si)=1.11.3。表2是日本6063合金的化學(xué)成分(%及合金 硬度與w(Mg)/w(Si)的關(guān)系(195C，時(shí)效2h)。主成分1雜質(zhì)其它雜質(zhì)AlMgSiFeCuMnZnCrTi單個(gè)合計(jì)0.45 0.90.2 0.60.350.10.10.10.10.10.050.15余量%表16063合金化學(xué)成分表2日本6063合金化學(xué)成分及Mg/Si(w(Mg)/w(Si)與型材硬度的 關(guān)系合金SiMgF

5、eCuZnMnCrTiMg/SiHVA0.390.480.110.010.010.010.010.00471.2368.9B0.400.530.170.010.020.010.000.00801.3371.9C0.440.480.250.020.030.020.010.00431.175.5從表2可以看出，雜質(zhì)Fe和Zn對(duì)合金的力學(xué)性能也有較大的影響，這是因?yàn)樵诤辖鹬猩?a FeSiAl 8(以前報(bào)道為Fe3SiAli2), p FeS5(以前報(bào)道為FezSi 2AI9)及T-Al 2MgZn3等雜質(zhì)相的緣故。這些雜質(zhì)相都是硬的質(zhì)點(diǎn)，位錯(cuò)不易切 割，能夠增強(qiáng)合金的力學(xué)性能，但卻降低了合金的擠

6、壓性能(容易拉傷、劃傷)、 耐腐蝕性、電化學(xué)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(xué)成分有關(guān)之外， 還與熱處理?xiàng)l件即人工時(shí) 效有關(guān)。為了兼顧各種性能，本文結(jié)合合金的化學(xué)成分，著重研究了 6063合 金型材的人工時(shí)效機(jī)制及其對(duì)力學(xué)性能和電化學(xué)性能的影響。16063擠壓型材的時(shí)效過程中力學(xué)性能變化6063合金在擠壓變形出口處的溫度一般是 520540C，在變形程度較大 或變形復(fù)雜的情況下，出口溫度可達(dá) 570580C。在這樣的溫度下 MgSi強(qiáng)化 相多數(shù)被溶解，隨后經(jīng)風(fēng)淬冷卻，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(shí)效(100C以下停放2h)形成球狀GP區(qū)，其

7、大小為1060X10- 10m在100C以下，時(shí)效幾年才能長(zhǎng)大到 100X 10-10m因此必須進(jìn)行人工時(shí)效(100C以上)使飽和固溶體進(jìn)一步分解脫溶。圖1是在175C、195C、215C下時(shí)效的型材力學(xué)性能與時(shí)效時(shí)間的變化曲線。從圖1可以看出，低溫時(shí)效的6063合金型材力學(xué)性能提高最大，但是所需要的時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率較低。另 外還可以看出溫度比時(shí)間的影響大得多。因此在人工時(shí)效過程中應(yīng)該重點(diǎn)嚴(yán)格控制溫度。圖1人工時(shí)效時(shí)間與強(qiáng)度的關(guān)系(B合金)2 w(Mg)/w(Si)、Fe、Zn 在合金時(shí)效圖2、3分別是6063合金中w(Mg)/w(Si)比值與雜質(zhì)Fe對(duì)人工時(shí)效效果的 影響。從圖中可以看出

8、w(Mg)/w(Si)對(duì)時(shí)效硬度的影響曲線有一個(gè)低谷點(diǎn)；而 Fe則隨其質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加時(shí)效硬度也增加。在w(Mg)/w(Si)v1.73的情況下，6063合金的人工時(shí)效硬度應(yīng)該隨著 w(Mg)/w(Si)增加而增加，而圖2中的時(shí)效硬 度低谷是由于這些合金中生成的雜質(zhì)相a -Fe2SiAl 8、p -FeSiAl 5、T-AI 2MgZn較少的緣故。低谷處合金中Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.11%,Zn的為0.01%;低谷左邊 的Fe的為0.25%,Zn為0.03%,右邊的Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.17%,Zn為0.02%,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(shí)效中所生成的Fe、Zn雜質(zhì)

9、相能提高型材的硬度，但由于雜質(zhì)相質(zhì)點(diǎn)粗大，約0.510卩m 在變形中易成為裂紋源，降低合金的斷裂韌性，而且對(duì)后來的陽極氧化著色造 成不利影響，因此，還是應(yīng)盡量避免它的生成。圖2合金中w(Mg)/w(Si)值對(duì)時(shí)效硬度的影響圖3合金中Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)時(shí)效硬度的影響3人工時(shí)效對(duì)6063合金電化學(xué)性能的影響3.1 對(duì)導(dǎo)電率的影響合金的導(dǎo)電率一般為50%IACS右。隨著時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間增加導(dǎo)電率 增加，而雜質(zhì)Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及w(Mg)/w(Si)對(duì)它的影響較小，見圖4和表3。 6063合金的時(shí)效分解序列為：a固溶體-球狀GP區(qū)-P 針狀相T P 棒狀 相-P板狀相(穩(wěn)定相)。在低溫、短時(shí)人工時(shí)效時(shí)，

10、主要生成GP區(qū)P 相,由于它們微細(xì)、彌散分布，使自由電子運(yùn)動(dòng)的空隙較小，阻力大，電阻率增加。 隨著時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間增加，過渡相逐漸向粗大的P、P相轉(zhuǎn)變，而自由電子運(yùn)動(dòng)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(shí)效過程中只影響相的組成，而不影響微細(xì)結(jié)構(gòu)，因而對(duì)導(dǎo)電率影響甚微。圖4導(dǎo)電率與人工時(shí)效溫度和時(shí)間的關(guān)系表3 6063合金w(Fe)和w(Mg)/w(Si)量對(duì)導(dǎo)電率的影響序號(hào)J175C195 C215Cw (Fe) /%w (Mg ) / (Si)1礦5h2h5h2h5h150.25151.852.953.154.30.111.23249.85151.752.

11、75.354.40.171.33349.850.751.652.552.754.10.251.13.2 對(duì)陽極氧化的影響合金的導(dǎo)電率對(duì)陽極氧化膜的生長(zhǎng)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(shí)效過程中導(dǎo)電率是隨著時(shí) 效溫度和時(shí)效時(shí)間增加而增加的，也就是說導(dǎo)電率隨著合金中的MgSi相及雜質(zhì)相析出、長(zhǎng)大而增加，而耐電化學(xué)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(shí)效的型材不但力學(xué)性能降低， 而且耐電化學(xué)和耐化學(xué)腐蝕性也降低。0一圖5合金導(dǎo)電率對(duì)陽極氧化膜生長(zhǎng)的影響3.3對(duì)陽極氧化膜和著色膜的光澤度的影響圖6是陽極氧化膜的重量對(duì)光的反射率的影響。表4是人工時(shí)效

12、溫度和時(shí)效時(shí)間對(duì)陽極氧化膜和著色膜的光澤度的影響?？梢钥闯觯?氧化膜和著色膜的光澤度(光反射率)是隨著時(shí)效溫度、時(shí)效時(shí)間的 增加而減小的；也是隨著合金中Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而減小的，并且其 減小程度較溫度和時(shí)間的大，而對(duì)著色膜的色調(diào)(L值)幾乎沒有影 響。L值小，色調(diào)越暗。圖6陽極氧化膜重量對(duì)光的反射率的影響表4人工時(shí)效及合金成分對(duì)氧化和著色膜光澤度的影響時(shí)效條件175 C195 C215 C2h5h12h2h5h12h0.83h2h5hA 氧化膜反射率/%14.313.310.511.59.48.710.610.57.6著色膜反射率/%7.06.25.25.94.94.95.25.24.1色調(diào)

13、L值27.027.825.928.429.828.126.726.430.1氧化膜反射率/%10.17.96.78.25.24.96.06.06.0B著色膜反射率/%5.04.54.15.03.13.43.63.73.2色調(diào)L值25.526.527.529.629.830.329.329.438.4氧化膜反射率/%7.26.55.36.75.55.55.96.09.7C 著色膜反射率/%3.64.13.44.03.03.24.13.53.4色調(diào)L值26.126.127.830.428.032.827.428.429.9一般認(rèn)為陽極氧化膜越厚，對(duì)光的反射率越低，而圖6中卻是膜越重，對(duì)光的反射率越

14、高，具有相反的結(jié)果。這是因?yàn)殡S著時(shí)效溫度、 時(shí)效時(shí)間及合金中Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，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(duì)減少，因而對(duì)光的反射率減小。另一方面，隨著時(shí)效時(shí)間和時(shí)效溫度增加， MgSi強(qiáng)化相由P T pz-P相轉(zhuǎn)變，析出量增加并粗大。在陽極氧化中阻擋層變薄，氧 化膜增厚，電容增加，著色等當(dāng)點(diǎn)（著色離子剛析出所需時(shí)間）上升， 因而著色濃，但光澤度降低。圖7是MgSi析出形態(tài)與氧化膜的電容 C 及著色等當(dāng)點(diǎn)tc的關(guān)系。圖7 MgSi析出形態(tài)與氧化膜的電容 C及著色等當(dāng)點(diǎn)tc的關(guān)系4結(jié)束語綜上所述，6063合金型材的質(zhì)量和性能除與合金的化學(xué)成分有密 切關(guān)系外，還與人

15、工時(shí)效制度有較大關(guān)系。低溫長(zhǎng)時(shí)間時(shí)效和高溫短 時(shí)間時(shí)效及合金中的雜質(zhì)Fe、Zn等能提高型材的力學(xué)性能，但卻降低 其電化學(xué)性能。為了兼顧兩種性能及有較高的生產(chǎn)效率，需認(rèn)真選擇 人工時(shí)效制度，而嚴(yán)格控制溫度條件是至關(guān)重要的。根據(jù)研究和生產(chǎn) 實(shí)踐，筆者認(rèn)為選擇自然時(shí)效 2h后再在195205C人工時(shí)效23h 較為適宜。分類：展伸材料分非熱處理合金及熱處理合金1.1非熱處理合金：純鋁一1000系，鋁錳系合金 一3000系，鋁矽系合金 一4000系，鋁鎂系合金 一5000 系。1.2熱處理合金：鋁銅鎂系合金一2000系，鋁鎂矽系合金 一6000系，鋁鋅鎂系合金 一7000系。合金編號(hào)：我國(guó)目前通用的是美

16、國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì) Aluminium Association 的編號(hào)。茲舉例說明如下：1070-H14（純鋁）2017-T4（熱處理合金） 3004-H32（非熱處理合金）2.1第一位數(shù)：表示主要添加合金元素。1:純鋁2:主要添加合金元素為銅3:主要添加合金元素為錳或錳與鎂4：主要添加合金元素為矽5:主要添加合金元素為鎂6:主要添加合金元素為矽與鎂7:主要添加合金元素為鋅與鎂8:不屬於上列合金系的新合金2.2第二位數(shù)：表示原合金中主要添加合金元素含量或雜質(zhì)成分含量經(jīng)修改的合金0:表原合金 1:表原合金經(jīng)第一次修改 2:表原合金經(jīng)第二次修改2.3第三及四位數(shù)：純鋁：表示原合金 合金：表示個(gè)別合金的代號(hào)

17、”-：后面的Hn或Tn表示加工硬化的狀態(tài)或熱處理狀態(tài)的鍊度符號(hào)-Hn :表示非熱處理合金的鍊度符號(hào) -Tn :表示熱處理合金的鍊度符號(hào)2鋁及鋁合金的熱處理一、鍊度符號(hào)：若添加合金元素尚不足於完全符合要求，尚須藉冷加工、淬水、時(shí)效處理及軟燒等處理，以獲取所需要的強(qiáng)度及性能。這些處理的過程稱之為調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)的結(jié)果便是鍊度。鍊度符號(hào)定義F制造狀態(tài)的鍊度無特定鍊度下制造的成品，如擠壓、熱軋、鍛造品等。H112未刻意控制加工硬化程度的制造狀態(tài)成品，但須保證機(jī)械性質(zhì)。O軟燒鍊度完全再結(jié)晶而且最軟狀態(tài)。如系熱處理合金，則須從軟燒溫度緩慢冷卻，完全防止淬水效果。H加工硬化的鍊度H1n :施以冷加工而加工硬化者H

18、2n :經(jīng)加工硬化后再施以適度的軟燒處理H3n :經(jīng)加工硬化后再施以安定化處理 n以19的數(shù)字表示加工硬化的程度n=2表示1/4硬質(zhì)n=4表示1/2硬質(zhì)n=6表示3/4硬質(zhì)n=8表示硬質(zhì)n=9表示超硬質(zhì):高溫加工冷卻后自然時(shí)效。擠型從熱加工后急速冷卻，再經(jīng)常溫十效硬化處理。亦可施以不影響強(qiáng)T T16063。度的矯正加工，這種調(diào)質(zhì)適合於熱加工后冷卻便有淬水效果的合金如:T3 :溶體化處理后經(jīng)冷加工的目的在提高強(qiáng)度、平整度及尺寸精度。T36 : T3經(jīng)6%冷加工者。T361 : 冷加工度較T3大者。T4 :溶體化處理后經(jīng)自然時(shí)效處理。T5 :熱加工后急冷再施以人工時(shí)效處理。人工時(shí)效處理的目的在提高

19、材料的機(jī)械性質(zhì)及尺寸的安定性適用於熱加工冷卻便有淬水效果的合金如: 6063。T6 :溶體化處理后施以人工時(shí)效處理。此為熱處理合金代表性的熱處理，無須施以冷加工便能獲得優(yōu)越的強(qiáng)度。於溶體化處理后為提高尺寸精度 或矯正而施以冷加工，如不保證更高的強(qiáng)度時(shí)，亦可當(dāng)作是T6鍊度。T61 :溶體化處理后施以溫水淬水再經(jīng)人工時(shí)效處理，溫水淬水的目的在防止發(fā)生變形。T7 :溶體化處理后施以安定化處理 （亦及人工時(shí)效處理的溫度或時(shí)間較T6處理高或長(zhǎng)）。其目的在改善耐硬力腐蝕裂及防止淬水時(shí)發(fā)生變形。T7352 :溶體化處理后除去殘余應(yīng)力再施以過時(shí)效處理（亦及人工時(shí)效處理的溫度或時(shí)間較 T6處理高或長(zhǎng)）。目的在改

20、善耐硬力腐蝕裂。於溶體化處理后施以15%永久變形的壓縮加工，以消除殘余應(yīng)力。T8 :溶體化處理后施以冷加工再施以人工時(shí)效處理，冷加工時(shí)斷面減少率為 3%及6%各為T83及T86。的目的在增加強(qiáng)度。T9 :溶體化處理后人工時(shí)效處理，最后施以冷加工，最后冷加工二、軟燒處理：2.1目的：通常其制造程序?yàn)?展伸用材料包括壓延用材料，擠壓用材料及鍛造用材料, 鑄造T熱加工T冷加工T材料成品在熱加工或冷加工的過程中，材料發(fā)生加工硬化的情況, 或?qū)е录庸ば詼p低。為消除這些加工硬化，於冷加工前,使強(qiáng)度變大或?qū)е录庸び不那闆r, 中或后所施的熱處理即為軟燒處理,使強(qiáng)度變大其目的在使材料具有使用上所需要的程度。2

21、.2分類：由於軟燒條件的不同而分:視強(qiáng)度而定，強(qiáng)度愈2.2.1 部分軟燒：僅消除部份加工硬化，處理溫度在再結(jié)晶溫度以下，實(shí)際溫度則高則處理溫度較低。2.2.2 完全軟燒：處理溫度在材料的再結(jié)晶溫度或稍高使材料發(fā)生再結(jié)晶而完全消除加工硬化，亦使強(qiáng) 度達(dá)到最低的狀態(tài)。軟燒處里就時(shí)機(jī)而分:2.2.3中間軟燒：再冷加工開始之前或冷加工過程中，所加的軟燒處理，通常為完全軟燒，其目的在恢復(fù)其加工性，使接下去的加功能較順利，及控制其組織狀態(tài)，俾能適合於最終成品的要求。2.2.4 最終軟燒：主要目的再調(diào)整成品最后的強(qiáng)度水準(zhǔn)亦即調(diào)整鍊度。3加工常識(shí)一、鋁合金成型加工通常出現(xiàn)之缺陷:缺陷原因改善對(duì)策胚料有瑕疵1.

22、 空心殼壁或凸緣之龜裂1.滾動(dòng)缺陷（摺疊）1.改善品質(zhì)管制2. 起耳狀物2.機(jī)械性質(zhì)太過平均2.退火（如不致生晶粒生長(zhǎng)）工具有瑕疵1. 引伸一開始，空心殼之底部即被撕裂。1.沖頭或模之圓角太小。1.加大沖頭或模之圓角。2. 引伸末了，空心殼之底2.增加中間引伸，選用品質(zhì)較佳之材料；若為方部方被撕裂。2.弓I伸比太大，沖頭未對(duì)準(zhǔn)?？字行?。 形空心殼則增加轉(zhuǎn)角之沖模間隙。3. 引伸刮痕。3.潤(rùn)滑不佳，工具表面之情況不佳（已磨耗）。3.使用特殊引伸用黃油（材料必須經(jīng)磷酸鹽 處理或鍍銅），再光制工具表面（鍍鉻），選用不易產(chǎn)生刮痕之材料。4.成品邊緣有鋸齒形，殼表面有皺紋。4.模圓角太大，沖模間隙太大。

23、4.再輪?；蚋鼡Q引伸模具工具或機(jī)器之調(diào)整不常瑕疵1. 凸緣上有皺紋。1.胚料架壓力太小。1.增加胚料架之壓力。2. 成品之一邊有抓傷或其他痕跡，而工具表明面顯之痕跡。2.沖頭未對(duì)準(zhǔn)?？字行?，或傾斜一角度，而造成磨損。2.再輪磨或重新校準(zhǔn)模具3.殼壁太粗，尤其是矩形深引伸成型成品為然。 之壓力，或於模與胚料架間制一加強(qiáng)之隆起。3.胚料架壓力太小，或模之圓角太大。3.增加胚料架4.殼線有壓平之皺紋或龜裂。4.胚料架壓力太小，或沖模間隙太大。二、硫酸陽極處理通常出現(xiàn)之缺陷：4.更換模具。缺陷原因改善對(duì)策工作物件局部位置電擊燒傷或穿孔1.工作物和陰極接觸發(fā)生短路。1.放置工作物於處理槽內(nèi)時(shí)，注意與陰極

24、之距離 ，避免發(fā)生接觸。2.工作物彼此之間接觸發(fā)生短路。2.加大工作物間距離3.工作物件和夾具接觸不良。3.夾具使用前須加以清洗，與工作物間須夾緊。氧化膜極疏松，用手就可擦掉1.電解液溫度太高。1.設(shè)法降低溫度，例如進(jìn)行攪拌或開動(dòng)冷卻設(shè)備，并控制溫度差在+2 C 內(nèi)。2.氧化處理時(shí)間太久。2.縮短氧化時(shí)間。3.工作電流密度太高。 3.降低電流密度。 氧化膜帶紅色斑點(diǎn)或整個(gè)表面或局部表面發(fā)紅1.導(dǎo)電棒和夾具之間的接觸不好令銅沉積在鋁表面。1.改善導(dǎo)電棒與夾具的接觸，材質(zhì)改用鋁材。2.接觸中斷，如導(dǎo)電中斷2.加強(qiáng)氧化過程的檢驗(yàn)。氧化膜暗淡不夠光亮或燒焦現(xiàn)象 1.工作物件在槽中長(zhǎng)時(shí)間無給電，或斷電后

25、又給電。1.經(jīng)常檢查糾正與電器維修嚴(yán)格管制處理時(shí)程。2.硫酸溶液內(nèi)溶存的鋁業(yè)增加導(dǎo)致氧化膜的透明 性變差，最后發(fā)生燒焦現(xiàn)象。2.檢驗(yàn)處理液中的鋁量。2.1硫酸液中含鋁量以1gm/l左右為宜。2.2新液則添加1213 gm/l的硫酸鋁。氧化膜有黑斑或黑條紋1.電解液中有懸浮的雜質(zhì)1.清理表面懸浮雜質(zhì)。2.工作物件表面有油污漬或其它污染物。2.徹底糾正除油液成份;確實(shí)執(zhí)行前處理。3.電解液中含銅和鐵雜質(zhì)太多。3.分析后除去并定期更新部份電解液。4. 電解后工作物未洗乾凈就進(jìn)行封孔。4.電解后工作物要立即清洗乾凈，避免處理液或雜質(zhì)殘留於氧化膜表面氧化膜局部表面被腐蝕1.氧化后氧化膜上的電解液未洗乾凈。1.加強(qiáng)氧化后的洗滌。2. 深凹處藏有電解無洗乾凈。2.均加強(qiáng)氧化后的洗滌。3. 電解液無洗乾凈就進(jìn)行封孔處理。3.均加強(qiáng)氧化后的洗滌。經(jīng)重鉻酸鉀填充后氧化膜色淡而發(fā)白1.溶液溫度低，填充時(shí)間短。1.改正不適宜條件。2. SO4-2含量太高。 2.檢查和校正SO