铸造技术
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誗材料改性
MaterialProperties誗
DOI:10.16410/j.issn1000-8365.2015.04.021
FOUNDRYTECHNOLOGY
Vol.36No.4Apr.2015
6061铝合金淬火敏感性的研究
路
维，孙
超
(河北工程技术高等专科学校建筑材料专业，河北沧州061001)
摘
要：通过硬度测试和TEM，分析分级淬火对6061铝合金的淬火敏感性的影响规律。结果表明，6061合金的鼻
尖温度在350℃附近，位于鼻尖温度附近的中温区具有很强的淬火敏感性，温度区间为225~450℃；在高温区和低温区采用较小的冷却速率，中温区采用较大的冷却速率对其进行淬火处理，降低其淬火内应力并保证其力学性能满足要求。
关键词：6061铝合金；TTP曲线；淬火敏感性中图分类号：TG166
文献标识码：A
文章编号：1000-8365(2015)04-0888-03
InvestigationofQuenchingSensitivityof6061AluminumAlloy
LUWei,SUNChao
(DepartmentofCivilEngineering,HebeiEngineeringandTechnicalCollege,Cangzhou061001,China)
Abstract：Thequenchingsensitivityof6061aluminumalloyafterstepquenchingwereanalyzedusinghardnesstestandTEM.Theresultsshowthatthenasaltiptemperatureof6061aluminumalloyisaround350℃,andalloysquenchingatthattemperatureshaveveryhighquenchingsensitivity;ReducingquenchingrateathighandlowtemperatureregionbutincreasingquenchingspeedatmediumtemperatureregioninTime-Temperature-Propertycurve(TTP)canreducealloyquenchstresswhilemaintainingalloymechanicalproperties.
Keywords：6061aluminumalloy;time-temperature-propertycurve;quenchingsensitivity
6061铝合金在整个铝合金系中具有中等强度，
耐腐性性能良好，焊接性能优异，易于加工成型，是主要的挤压铝合金型材，广泛用于加工建筑门窗、散热片、机械零件等[1,2]。利用固溶处理-淬火-时效处理可提高合金强度[3]，其中淬火过程是整个强化工艺的关键，淬火不当可造成合金中残余内应力增大[4]，影响合金性能。此外，冷却时合金中产生的淬火析出相，抑制时效过程中强化相的析出，降低材料综合力学性能。目前，我国工业生产中对于6系铝合金的淬火研究较少，缺乏理论支持和工艺数据参考。本文采取分级淬火的手段对6061铝合金进行处理，利用TTP曲线和TEM的分析，研究6061铝合金的淬火敏感性。
[5]
合金挤压方向进行加工。固溶处理条件为550℃×3h，固溶完成后将试样迅速移送到盐浴炉中进行
200~475℃保温处理，保温时间0~500s，温度间隔25℃，盐浴结束后立即进行水淬后水冷至室温。随
后进行T6态人工时效，时效工艺为180℃×6h。利用JEM-2010HR型电子显微镜观察不同时效状态下的合金的微观形貌；利用HBE-300硬度仪测量合金硬度，实验载荷1500N，加载时长30s。拟合各试样硬度值获取TTP曲线。
w(%)
Tab.1Chemicalcompositionsof6061aluminumalloy
Si0.65
Mg
Fe
Cu
Mn0.12
Cr
Zn
Ti
Al余量
表16061铝合金的化学成分
0.98≤0.320.190.07≤0.050.04
1实验方法
经均匀化处理后的挤压态6061铝合金成分如表
2实验结果及分析
图1为6061合金不同时效条件下的TEM图
2.1合金在350℃保温处理后时效态TEM图
片（保温温度为350℃）。可以看出，经时效处理后合金内部都出现大量淬火析出相，随着保温时间的增加，淬火析出相增多，尺度变大。当保温时间为
1所示。实验用试样尺寸为20mm×20mm×5mm，沿
收稿日期:2014-06-04基金项目:河北省教育科学“十二五”规划2012年度课题(2012B357)作者简介:路维(1983-)，女，河北沧州人，硕士研究生，讲师.研究方向：土木工程，建筑材料.电话：15833755606；15s时，析出相尺寸为纳米级别，当保温时间增加
到500s时，析出相剧烈粗化，部分析出相尺寸甚至达到了1μm。由于合金内部固溶原子的数量有限，
E-mail：yangboting2@163.com《铸造技术》04/2015
路维，等:6061铝合金淬火敏感性的研究
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500nm(a)15s
500nm(c)500s
500nm
(b)50s
图1350℃不同保温时间下6061铝合金TEM图
Fig.1TEMimagesof6061aluminumalloyafterisothermal-treatedat350℃fordifferenttimes
长时间保温处理会导致小析出相的溶解和大析出相的长大，降低合金弥散强化作用。
图2是合金在不同保温时间时效后硬度和淬火析出相尺度状况。可以看出，合金硬度与淬火析出相尺寸间存在一个负相关性，当保温时间低于90s时，随着保温时间的增加，析出相尺寸从300nm迅速增加到500nm以上，增速较快，导致合金硬度显著下降。但当保温时间进一步增加，析出相大小增加速度减缓，合金硬度也是缓慢下降。这是由于长时间保温过程中形成的粗大淬火析出相消耗了合金中大量的固溶Mg和Si等溶质原子，限制了时效强化相的析出，降低了时效强化作用。
110硬度(HB)度之间的关系。可以看出，合金在T6状态下的峰值硬度约为110HB，经高中低3个温度区间进行淬火
-时效处理后，合金硬度均随保温时间的增长而总
体降低，但下降幅度不同。合金高温和低温区间时，随着延长保温时间，合金硬度呈现平缓下降趋势。在中温区当保温时间低于90s时，合金硬度显著下降，但随保温时间进一步增加，合金硬度趋于稳定。
对不同温度和保温时间时效后的合金硬度值进行拟合，其TTP曲线见图4所示（图中曲线所取硬度值分别为最大硬度值的90%，80%和70%）。可以看出，合金的鼻尖温度为350℃，在高中低3个温度区间内合金的孕育期差异较大，高温区(450℃以上)和低温区(225℃以下)孕育期比较长，基本都在300s以上，中温区孕育期只有几十秒钟，由此可见，6061
1.0析出晶尺寸/μm硬度尺寸
0.80.60.40.2
907050300
100
200
合金在中温区具有很强的淬火敏感性。淬火析出相的形成长大主要是由相变驱动力和溶质原子扩散速率两方面决定，在高温区虽然有较高的原子扩散速率，但扩散原子数目相对较少，形核率低，析出驱动力较小，淬火析出相也就比较少；在低温区原子扩散速度慢，淬火析出相生长困难，导致因高温和低温区淬火析出相的形成和长大较困难。而在中温区间，过饱和固溶体容易快速脱溶，原子扩散速率较大，淬火析出相大量形成并长大，使后续时效过程中强化相析出困难，造成合金硬度快速降低。
500450保温温度/℃最大硬度×90%最大硬度×80%最大硬度×70%
300400500
0
等温时间/s
图2350℃保温时效合金硬度和析出相尺寸与保温时间关系
Fig.2Hardnessandprecipitatedphasesizeof6061aluminumalloyafterisothermally-quenchedat350℃fordifferenttimes
2.2淬火敏感性分析
图3是不同温度时效处理后合金保温时间与硬
130110硬度(HB)210℃350℃465℃
400350300250
9070500
100
200
300
400
500
等温时间/s
200
010100
等温时间/s
1000
图3不同温度时效处理后合金保温时间与硬度之间的关系
Fig.3Therelationshipbetweenalloyhardnessandisothermaltimesunderdifferentagingtemperatures
图4合金试样的TTP曲线
Fig.4TheTTPcurvesoftestalloy
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3结论
（1）6061合金的鼻尖温度在350℃附近，位于
参考文献:
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鼻尖温度附近的中温区具有很强的淬火敏感性，温度区间为225~450℃。
（2）在高温区和低温区采用较小的冷却速率，中温区采用较大的冷却速率对其进行淬火处理，可以降低合金的淬火内应力并保证其力学性能满足工程要求。