人工時效對6061合金擠壓棒材腐蝕敏感性的影響

段英冶，劉兆偉，孫 亮，董劉穎，李有功，周 龍

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

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

晶間腐蝕是由組織不均勻引起的電化學局部腐蝕。晶間腐蝕沿晶界延伸，破壞晶粒間結合力，使材料失效。目前關于6系合金晶間腐蝕敏感性的研究主要集中在合金成分設計和熱處理工藝等方面[5]。現有理論認為6系合金主要合金元素Mg、Si的含量比以及Cu含量都會對合金的晶間腐蝕敏感性產生影響[6-7]。也有相關研究表明，6061合金進行T616時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象，分別進行欠時效、峰時效和過時效的熱處理制度，然后進行晶間腐蝕試驗。通過微觀組織觀察以及電導率和硬度測試，分析不同時效制度對合金力學性能和晶間腐蝕敏感性的影響。

1 試驗方法

選擇直徑φ38 mm的6061鋁合金擠壓棒材為研究對象，合金成分見表1，熱處理工藝方案見表2。采用Sigmatest2.069渦流電導儀進行合金試樣電導率測試，布氏硬度計測試合金試樣硬度，晶間腐蝕試驗按照HB5255-83要求進行，然后利用光學顯微鏡觀察合金試樣腐蝕形貌，并測量腐蝕深度。

表1 6061擠壓棒材化學成分(質量分數，%)

表2 熱處理制度

2 試驗結果與分析

2.1 時效制度對電導率的影響

合金試樣在不同時效時間下的電導率變化曲線，見圖1。從圖中可看出，隨著時效時間的增加，合金試樣電導率呈上升趨勢，在4～12 h內，電導率升高幅度較大。隨著時效時間延長至12 h以上，合金試樣電導率雖有所提高，但提高幅度較小，基本趨于穩定。這說明在175 ℃×12 h時效制度下，合金試樣基本達到峰時效狀態，而超過12 h時為過時效狀態，合金試樣電導率變化并不明顯。這是因為隨著時效時間延長，6061鋁合金中的沉淀相不斷析出并長大，破壞原來的共格關系，晶格畸變程度不斷弱化，從而使合金電導率升高，但當時效時間超過一定程度時，合金中可析出相越來越少，因此合金電導率漲幅也越來越平緩。

圖1 合金在不同時效時間下的電導率

2.2 時效制度對硬度的影響

合金試樣在不同時效時間下的布氏硬度曲線，見圖2。從圖中可以看出，時效時間在4～12 h時，合金試樣硬度值隨時效時間的延長逐漸升高，并在12 h達到最大值，此時強化效果最佳。當時效時間過12 h時，合金進入過時效狀態，合金試樣硬度值出現拐點，呈下降趨勢。

圖2 合金在不同時效時間下的硬度

2.3 時效時間對晶間腐蝕敏感性的影響

合金試樣在不同時效時間下的晶間腐蝕組織，見圖3，合金試樣腐蝕深度，見圖4。從圖3和圖4可知，時效時間為4 h時，其表面整體腐蝕較輕，只有局部出現了明顯的腐蝕坑，但腐蝕深度最大；隨著時效時間的延長，合金試樣表面點蝕現象逐漸增多，腐蝕面積增大，但腐蝕深度有所減小；在175 ℃×12 h時腐蝕深度最小，但表面出現了明顯的點蝕甚至爆皮現象。時效時間延長至15～18 h，合金試樣腐蝕深度又出現增大，且表面腐蝕嚴重，出現表面爆皮、分層等現象。這是因為合金試樣時效時間較短時，合金晶界附近溶質原子向晶界擴散較少，晶界無析出帶較長，晶間腐蝕擴散通道較為通暢。隨著時效時間的延長，合金晶界析出相增加，擴散通道內電位差變化頻繁，合金表面不易發生腐蝕現象。當時效時間進一步延長，合金晶界析出物越來越多，晶界附近由于溶質原子的析出，形成無析出相的貧化帶，而貧化帶與Al基本相同，在電化學腐蝕中充當陽極，形成腐蝕通道，從而產生晶間腐蝕。

3 結論

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

2)在欠時效狀態下，合金抗晶間腐蝕性能隨著電導率的提升而提高；

3)在峰時效狀態下，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 不同時效時間6061合金擠壓棒的腐蝕深度