段英冶，劉兆偉，孫 亮，董劉穎，李有功，周 龍

(遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧 遼陽(yáng) 111003)

6系鋁合金屬于可熱處理強(qiáng)化鋁合金，其主要合金元素為Mg和Si，以Mg2Si為主要強(qiáng)化相[1]。6系合金具有中等強(qiáng)度、良好的耐蝕性、焊接性及成形性等優(yōu)點(diǎn)[2-4]，廣泛應(yīng)用于軌道交通、汽車及建筑等領(lǐng)域，其中6061、6063和6082合金應(yīng)用最多。

晶間腐蝕是由組織不均勻引起的電化學(xué)局部腐蝕。晶間腐蝕沿晶界延伸，破壞晶粒間結(jié)合力，使材料失效。目前關(guān)于6系合金晶間腐蝕敏感性的研究主要集中在合金成分設(shè)計(jì)和熱處理工藝等方面[5]。現(xiàn)有理論認(rèn)為6系合金主要合金元素Mg、Si的含量比以及Cu含量都會(huì)對(duì)合金的晶間腐蝕敏感性產(chǎn)生影響[6-7]。也有相關(guān)研究表明，6061合金進(jìn)行T616時(shí)效處理可有效提高其晶間腐蝕抗力[8]。

本文以6061合金擠壓棒材為研究對(duì)象，分別進(jìn)行欠時(shí)效、峰時(shí)效和過(guò)時(shí)效的熱處理制度，然后進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)。通過(guò)微觀組織觀察以及電導(dǎo)率和硬度測(cè)試，分析不同時(shí)效制度對(duì)合金力學(xué)性能和晶間腐蝕敏感性的影響。

1 試驗(yàn)方法

選擇直徑φ38 mm的6061鋁合金擠壓棒材為研究對(duì)象，合金成分見(jiàn)表1，熱處理工藝方案見(jiàn)表2。采用Sigmatest2.069渦流電導(dǎo)儀進(jìn)行合金試樣電導(dǎo)率測(cè)試，布氏硬度計(jì)測(cè)試合金試樣硬度，晶間腐蝕試驗(yàn)按照HB5255-83要求進(jìn)行，然后利用光學(xué)顯微鏡觀察合金試樣腐蝕形貌，并測(cè)量腐蝕深度。

表1 6061擠壓棒材化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表2 熱處理制度

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 時(shí)效制度對(duì)電導(dǎo)率的影響

合金試樣在不同時(shí)效時(shí)間下的電導(dǎo)率變化曲線，見(jiàn)圖1。從圖中可看出，隨著時(shí)效時(shí)間的增加，合金試樣電導(dǎo)率呈上升趨勢(shì)，在4～12 h內(nèi)，電導(dǎo)率升高幅度較大。隨著時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)至12 h以上，合金試樣電導(dǎo)率雖有所提高，但提高幅度較小，基本趨于穩(wěn)定。這說(shuō)明在175 ℃×12 h時(shí)效制度下，合金試樣基本達(dá)到峰時(shí)效狀態(tài)，而超過(guò)12 h時(shí)為過(guò)時(shí)效狀態(tài)，合金試樣電導(dǎo)率變化并不明顯。這是因?yàn)殡S著時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，6061鋁合金中的沉淀相不斷析出并長(zhǎng)大，破壞原來(lái)的共格關(guān)系，晶格畸變程度不斷弱化，從而使合金電導(dǎo)率升高，但當(dāng)時(shí)效時(shí)間超過(guò)一定程度時(shí)，合金中可析出相越來(lái)越少，因此合金電導(dǎo)率漲幅也越來(lái)越平緩。

圖1 合金在不同時(shí)效時(shí)間下的電導(dǎo)率

2.2 時(shí)效制度對(duì)硬度的影響

合金試樣在不同時(shí)效時(shí)間下的布氏硬度曲線，見(jiàn)圖2。從圖中可以看出，時(shí)效時(shí)間在4～12 h時(shí)，合金試樣硬度值隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸升高，并在12 h達(dá)到最大值，此時(shí)強(qiáng)化效果最佳。當(dāng)時(shí)效時(shí)間過(guò)12 h時(shí)，合金進(jìn)入過(guò)時(shí)效狀態(tài)，合金試樣硬度值出現(xiàn)拐點(diǎn)，呈下降趨勢(shì)。

圖2 合金在不同時(shí)效時(shí)間下的硬度

2.3 時(shí)效時(shí)間對(duì)晶間腐蝕敏感性的影響

合金試樣在不同時(shí)效時(shí)間下的晶間腐蝕組織，見(jiàn)圖3，合金試樣腐蝕深度，見(jiàn)圖4。從圖3和圖4可知，時(shí)效時(shí)間為4 h時(shí)，其表面整體腐蝕較輕，只有局部出現(xiàn)了明顯的腐蝕坑，但腐蝕深度最大；隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，合金試樣表面點(diǎn)蝕現(xiàn)象逐漸增多，腐蝕面積增大，但腐蝕深度有所減??；在175 ℃×12 h時(shí)腐蝕深度最小，但表面出現(xiàn)了明顯的點(diǎn)蝕甚至爆皮現(xiàn)象。時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)至15～18 h，合金試樣腐蝕深度又出現(xiàn)增大，且表面腐蝕嚴(yán)重，出現(xiàn)表面爆皮、分層等現(xiàn)象。這是因?yàn)楹辖鹪嚇訒r(shí)效時(shí)間較短時(shí)，合金晶界附近溶質(zhì)原子向晶界擴(kuò)散較少，晶界無(wú)析出帶較長(zhǎng)，晶間腐蝕擴(kuò)散通道較為通暢。隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，合金晶界析出相增加，擴(kuò)散通道內(nèi)電位差變化頻繁，合金表面不易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)效時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，合金晶界析出物越來(lái)越多，晶界附近由于溶質(zhì)原子的析出，形成無(wú)析出相的貧化帶，而貧化帶與Al基本相同，在電化學(xué)腐蝕中充當(dāng)陽(yáng)極，形成腐蝕通道，從而產(chǎn)生晶間腐蝕。

3 結(jié)論

1)6061合金擠壓棒材在540 ℃×2 h固溶處理后，經(jīng)175 ℃×12 h人工時(shí)效可達(dá)到峰時(shí)效狀態(tài)，硬度達(dá)到最大值；

2)在欠時(shí)效狀態(tài)下，合金抗晶間腐蝕性能隨著電導(dǎo)率的提升而提高；

3)在峰時(shí)效狀態(tài)下，合金腐蝕深度最小，抗晶間腐蝕性能較好。

(a)175℃×4 h；(b)175 ℃×6 h；(c)175 ℃×8 h；(d)175 ℃×10 h；(e)175 ℃×12 h；(f)175 ℃×15 h；(g)175 ℃×18 h

圖4 不同時(shí)效時(shí)間6061合金擠壓棒的腐蝕深度