6061材料热处理工艺研究

首都航天机械公司

（北京

100076）

王昌辉

刘晓霏

6061材料，准备用于某产品的保护罩生产，由于是首次应用，热处理参数还未确定。为此，需要通过对该材料试样进行多种不同的热处理工艺试验，并对热处理后的试样进行力学性能分析，得出符合生产需要的合理的热处理参数。由于对材料伸长率δ5要求较高，常用2A14伸长率不能符合保护罩性能要求。经调查，6061材料伸长率比2A14高出很多（δ5性能对比见图1），化学成分见表1。表1

6061与2A14化学成分（质量分数）

（%）

牌号SiFeCuMnMgCr2A140.6～0.4～0.4～1.20.73.9～4.81.00.8—60610.4～0.70.15～0.8～0.04～0.80.40.151.20.35牌号NiZnTi其他Al单个合计备注2A140.10.30.150.050.10余量LD106061—0.250.150.050.15余量LD306061属于锻造铝合金图16061与2A14，锻造性能较好的δ5性能对比，设计性能指标要求见表2。通过查阅资料，得到美国道格拉斯飞机公司和美国军用标准（MIL-H-6088D）铝合金热处理工艺参数，其热处理参数见表3。402010年第17期热处理/锻压/铸造www.metalworking1950.com热加工

表2

6061材料性能要求指标

方向σb/MPaσ0.2/MPaδ5（%）aK/J·cm－2

HBW纵向2902651215—长横向290265101295短横向

270

250

8

10

—

表3国外铝合金热处理参数

工艺参数固溶温度/时效温度/时效时间/h970～1010340～360道格拉斯

（521～543℃）（171～182℃）8～9

MIL-H-6088D960～1025340～360（516～552℃）

（171～182℃）

8.5～9.5

1.试验内容本次工艺试验的流程为：提出工艺方案→购进原材料→锻造→切取试块→固溶→冷锻→时效→检测试样性能→分析数据→确定热处理参数。（1）试验方案参考表3国外铝合金固溶、时效的温度范围，初步制定出6061材料的热处理参数为：固溶500～540℃；时效160～180℃，时间8～10h。从6061锻造试块中选出26块进行热处理试验，其编号见表4。表4

试块编号

组别试块编号AA1A2A3A4A1L———B

B1B2B3B4————CC1C2C3C4C1LC2LC3LC4LDD1D2D3D4————E

E1

E2

E3

E4

E1L

—

—

—

注：A1L、C1L、C2L、C3L、C4L、E1L取自锻环，其余取自轧制环。

HeatTreatment热处理（2）固溶固溶参数见表5。固溶设备：硝石槽。（3）冷锻固溶后3h内进行冷锻。表5

组别ABCDE

固溶温度/℃

500515525535540

A1B1C1D1E1

A2B2C2D2E2

A3B3C3D3E3

（4）时效固溶结束48h后开始时效。时效参数见表6。时效设备：循环空气电炉。试样固溶参数

时间/min

——C2L——

——C3L——

——C4L——

70～80

水冷（室温）冷却方式

处理试样A4B4C4D4E4

A1L—C1L—E1L

表6

序号1234

时效温度/℃

160180160180

A1A2A3A4

B1B2B3B4

C1C2C3C4

试样时效参数

时间/h

A1LC2LC3LC4L

C1L———

E1L———

8

空冷

10

冷却方式

处理试样D1D2D3D4

E1E2E3E4

2.性能检测（1）金相试验对热处理后试块进行金相检查，检测结果见表7。从A组和C组中各取一个未热处理试样检测流线，结果正常。表7

试验项目

低倍过烧检查晶粒度断口

最高值纵向长横向

表8

σbD2、D4D2、D4D2、D4

各项性能最高值

σ0.2D2、D4D2、D4D2、D4、E2

δ5D1、E1D1、C2、E1

D1、E1L

金相试验数据

检测数据无缺陷无过烧3级无缺陷

短横向

3.数据分析从试验性能数据可以看出，6061材料的σb、σ0.2随着固溶温度的提高而提高，δ5波动较大。从各项性能最高值统计表8中可以看出，虽然D1的δ5比D2、D4高出许多，但D1的σ0.2低于设计指标要求，故综合各方面因素，最后确定采用D2、D4试样的热处理参数方案：D2试样热处理参数：固溶535℃，时效：180℃，8h。D4试样热处理参数：固溶535℃，时效：180℃，10h。两者的固溶温度一样，时效时间不一样，综合两者的时效时间，我们得出6061材料的最佳热处理参数为：固溶：535℃，时效：180℃，8～10h。（2）力学性能对热处理后试块按纵向、长横向、短横向取样，进行力学性能σb、σ0.2、δ5、aK等性能检测，试块取样方向见图2。力学性能检测数据最高值统计见表8，其中σb、σ0.2、δ5为两个试样性能平均值的最高值，aK为三个试样性能平均值的最高值。4.结语通过对锻后试样进行多个热处理试验，以及试样金相力学性能检测，通过试验数据分析，最终确定了6061材料合理的热处理工艺参数，即固溶（535±5）℃，时图2力学性能取样方向效：（180±5）℃，8～10h。（20100612）

热加工41热处理/锻压/铸造2010年第17期www.metalworking1950.com