摘要：通過對6063、6061、6013等幾種合金不同熱處理狀態(tài)分析，研究各合金T6狀態(tài)、固溶狀態(tài)、以及退火態(tài)的低倍組織以及硬度，探討不同合金熱處理狀態(tài)下的低倍組織的成因及其對于硬度的影響。研究表明，固溶態(tài)組織呈現(xiàn)出明顯金屬色，是辨別產(chǎn)品組織均勻性及檢驗缺陷的最佳熱處理狀態(tài)之一；退火態(tài)硬度最低，適用于冷加工處理；T6態(tài)及退火態(tài)組織中，析出相顆粒彌散分布是晶界模糊的主要原因。

　　關(guān)鍵詞：鋁合金；熱處理狀態(tài)；低倍組織；硬度

　　1、引言

　　鋁合金具有加工性能極佳、良好的抗腐蝕性、氧化效果優(yōu)良等特點得以廣泛應(yīng)用[1~3]。在鋁型材生產(chǎn)企業(yè)中，多采用正向擠壓的方法，通過施以擠壓力使鑄坯通過特定的?？祝尚统刹煌孛娉叽绲漠a(chǎn)品，可產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。而正向擠壓的缺點也很明顯，如縮尾較長、鑄坯與擠壓筒摩擦較為嚴(yán)重，易產(chǎn)生不同狀態(tài)的晶粒組織等。生產(chǎn)過程中，檢驗制品縮尾以及晶粒組織的方法通常采用低倍組織檢驗方法，

　　即將擠出產(chǎn)品放入堿液中浸泡一段時間，用水沖洗干凈，通過目視方

　　法判定組織是否合格以及縮尾是否去除干凈等，以確保是否繼續(xù)生產(chǎn)

　　或廢料鋸切長度的確定，避免因組織不良或廢料長度鋸切不足帶來的

　　不利影響。除此之外，硬度同樣作為鋁型材生產(chǎn)企業(yè)最為重要的檢測

　　手段之一，用以判定制品的性能是否合格。微觀組織決定宏觀性能，本文通過對6061合金、6013合金以及6063合金的不同熱處理狀態(tài)的低倍組織及各合金狀態(tài)對應(yīng)的合金硬度進(jìn)行分析，探討各組織狀態(tài)特征以及其形成原因，以及低倍組織與硬度的對應(yīng)關(guān)系，為生產(chǎn)同行以及下游加工企業(yè)提供參考。

　　2、實驗方法

　　低倍實驗工藝參數(shù)：按照國標(biāo)GB/T3246.2-2000低倍組織測試要

　　求執(zhí)行。其中氫氧化鈉溶液濃度：200g/L，室溫下進(jìn)行，侵蝕15min，用清水清洗，然后酸洗，酸洗工藝：20%（v/V）硝酸溶液。硬度檢測：HBS-62.5型小負(fù)荷布式硬度儀，載荷：62.5Kgf加載時間30s，壓頭直徑3mm；熱處理采用精密溫控爐，熱處理工藝制度如表一所示。

　　表1 熱處理工藝制度

　　表2 合金成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)：Wt.%)

　　3、實驗結(jié)果

　　圖1 6061低倍組織：a、6061橫截面組織；b、6061表面組織

　　圖2 6013低倍組織：a、6013橫截面組織；b、6013表面組織

　　圖3 6063低倍組織：a、6063橫截面組織；b、6063表面組織

　　如圖分別為6061合金、6013合金以及6063合金的低倍組織照片。幾款合金狀態(tài)低倍組織中，雖然呈現(xiàn)出不同的組織特征，但相同的熱處理狀態(tài)下對比，具有相同規(guī)律。其中，橫截面組織中，W態(tài)組織晶粒易分辨，晶界細(xì)小均勻，晶粒干凈，呈現(xiàn)出金屬色；T6態(tài)組織晶界模糊，無金屬色；退火態(tài)組織相對均勻，金屬色介于W態(tài)與T6態(tài)之間，晶粒分布更加均勻。表面組織中，W態(tài)組織晶粒無明顯方向性，呈現(xiàn)出均勻細(xì)小再結(jié)晶的表面；T6以及退火態(tài)的表面組織晶粒，呈現(xiàn)出不同程度的方向性，即沿擠壓方向晶粒密排，T6態(tài)更加明顯。

　　對比各合金之間的硬度差別，完全退火態(tài)硬度最低，其中6063合金硬度為30HB，而6013以及6061合金硬度最低分別為49HB和40HB。固溶態(tài)硬度顯示，6063合金為45HB，而6013合金和6061

　　合金分別為72HB和61HB；而T6態(tài)則為最高硬度值，其中6063、

　　6061以及6013合金硬度值分別為85HB、107HB以及125HB。

　　4、分析討論

　　低倍組織檢測是鋁合金加工行業(yè)最重要的檢測手段之一，也是判定組織均勻性及缺陷的有效手段之一，其原理是通過鋁合金中不同組織與堿性或酸性成分的反應(yīng)快慢，從而形成色差，進(jìn)而判定晶粒度、組織界面、雜質(zhì)、析出相顆粒分布及狀態(tài)等。經(jīng)腐蝕后，鋁基體通常呈現(xiàn)出金屬色特征，而析出相及晶界則呈現(xiàn)出黑色或其他顏色等。固溶處理是將合金加熱到一定溫度，保溫一段時間，并以一定速度冷卻的熱處理工藝，其目的是使第二相能全部或最大限度的溶入鋁基體（固溶體），從而獲得所需的性能要求。本文選用合金均為6XXX系合金，其主要的強(qiáng)化相為Mg2Si，為方便對比，采用的加熱溫度及時間相同。由于第二相粒子的溶解，合金晶粒內(nèi)部析出相顆粒溶入鋁基體，形成金屬色，而晶界及析出相等更易腐蝕，呈黑色或灰色。表面組織中，由于合金與模具工作帶的摩擦，坯料形成明顯的擠壓條紋，經(jīng)高溫處理后，形成較為細(xì)小的再結(jié)晶晶粒組織。

　　T6態(tài)即將淬火后的合金在一定溫度下，保溫一定時間，然后自然冷卻的一種工藝制度。針對于6XXX系可熱處理強(qiáng)化鋁合金，為方便對比，本文所選合金均采用170℃/10h的時效制度。固溶后的組織由于處于過飽和狀態(tài)，經(jīng)過時效后，固溶進(jìn)鋁基體的第二相顆粒在高

　　溫下彌散析出，且均勻分布，從而在堿蝕后呈現(xiàn)出“模糊”的表面。另外，由于時效析出的原因，析出相彌散分布，提高了材料的耐腐蝕性，尤其是晶界處的耐腐蝕性，因此晶界與析出相的共同作用下，使固溶狀態(tài)的金屬色呈現(xiàn)出模糊狀態(tài)，各晶粒界限在低倍組織下，不易

　　分辨。完全退火態(tài)（O態(tài)）目的是獲得最低強(qiáng)度及硬度的一種熱處理工藝。本實驗采用430℃/3h，并隨爐冷卻的退火制度以獲得最低硬度值。第二相粗化是退火組織最顯著特征之一。其在隨爐冷卻過程中，通過高溫、慢冷的工藝，使第二相顆粒逐漸析出并粗大化[5]，低倍組織呈現(xiàn)出晶界模糊，且晶粒不易分辨，與T6態(tài)低倍組織類似。微觀組織決定宏觀性能。6XXX系鋁合金由于是熱處理強(qiáng)化鋁合金，其主要強(qiáng)化方式為固溶強(qiáng)化及析出相強(qiáng)化，析出相粒子越小，其強(qiáng)化能力越強(qiáng)。固溶態(tài)的鋁合金由于析出相固溶于基體，產(chǎn)生晶格畸變，形成固溶強(qiáng)化；后續(xù)時效過程過程中，析出相粒子細(xì)小析出，通過在變形過程中，對于晶界滑移或位錯運(yùn)動阻礙作用形成強(qiáng)化，進(jìn)而具有較高的強(qiáng)度及硬度。如果時效溫度過高可能形成過時效的特征，即析出相粒子長大，強(qiáng)度會有所降低；而退火態(tài)的組織中，由于析出相粒子粗化，因此其硬度最低，也是冷加工最佳的狀態(tài)，因此常用于冷鍛或冷加工。本研究中，時效后的的狀態(tài)比固溶狀態(tài)硬度明顯提高1倍左右，而固溶態(tài)硬度比退火態(tài)硬度高10HB左右，表明時效強(qiáng)化是6XXX系鋁合金的最重要的強(qiáng)化方式。

　　5、結(jié)論

　　1、低倍組織色差是由于鋁基體與析出相、晶界、雜質(zhì)、孔洞等對于堿或酸的腐蝕敏感性不同，形成腐蝕速率的快慢，從而形成色差，用于低倍組織判斷。

　　2、固溶態(tài)組織由于第二相顆粒溶于基體，低倍組織呈現(xiàn)基體金

　　屬特征，晶粒易分辨；T6態(tài)及退火態(tài)組織，由于第二相的析出，晶

　　界模糊不易分辨。

　　3、時效強(qiáng)化是6XXX系合金最主要的強(qiáng)化方式。