人工时效对6061合金挤压棒材腐蚀敏感性的影响

段英冶，刘兆伟，孙 亮，董刘颖，李有功，周 龙

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003)

6系铝合金属于可热处理强化铝合金，其主要合金元素为Mg和Si，以Mg2Si为主要强化相[1]。6系合金具有中等强度、良好的耐蚀性、焊接性及成形性等优点[2-4]，广泛应用于轨道交通、汽车及建筑等领域，其中6061、6063和6082合金应用最多。

晶间腐蚀是由组织不均匀引起的电化学局部腐蚀。晶间腐蚀沿晶界延伸，破坏晶粒间结合力，使材料失效。目前关于6系合金晶间腐蚀敏感性的研究主要集中在合金成分设计和热处理工艺等方面[5]。现有理论认为6系合金主要合金元素Mg、Si的含量比以及Cu含量都会对合金的晶间腐蚀敏感性产生影响[6-7]。也有相关研究表明，6061合金进行T616时效处理可有效提高其晶间腐蚀抗力[8]。

本文以6061合金挤压棒材为研究对象，分别进行欠时效、峰时效和过时效的热处理制度，然后进行晶间腐蚀试验。通过微观组织观察以及电导率和硬度测试，分析不同时效制度对合金力学性能和晶间腐蚀敏感性的影响。

1 试验方法

选择直径φ38 mm的6061铝合金挤压棒材为研究对象，合金成分见表1，热处理工艺方案见表2。采用Sigmatest2.069涡流电导仪进行合金试样电导率测试，布氏硬度计测试合金试样硬度，晶间腐蚀试验按照HB5255-83要求进行，然后利用光学显微镜观察合金试样腐蚀形貌，并测量腐蚀深度。

表1 6061挤压棒材化学成分(质量分数，%)

表2 热处理制度

2 试验结果与分析

2.1 时效制度对电导率的影响

合金试样在不同时效时间下的电导率变化曲线，见图1。从图中可看出，随着时效时间的增加，合金试样电导率呈上升趋势，在4～12 h内，电导率升高幅度较大。随着时效时间延长至12 h以上，合金试样电导率虽有所提高，但提高幅度较小，基本趋于稳定。这说明在175 ℃×12 h时效制度下，合金试样基本达到峰时效状态，而超过12 h时为过时效状态，合金试样电导率变化并不明显。这是因为随着时效时间延长，6061铝合金中的沉淀相不断析出并长大，破坏原来的共格关系，晶格畸变程度不断弱化，从而使合金电导率升高，但当时效时间超过一定程度时，合金中可析出相越来越少，因此合金电导率涨幅也越来越平缓。

图1 合金在不同时效时间下的电导率

2.2 时效制度对硬度的影响

合金试样在不同时效时间下的布氏硬度曲线，见图2。从图中可以看出，时效时间在4～12 h时，合金试样硬度值随时效时间的延长逐渐升高，并在12 h达到最大值，此时强化效果最佳。当时效时间过12 h时，合金进入过时效状态，合金试样硬度值出现拐点，呈下降趋势。

图2 合金在不同时效时间下的硬度

2.3 时效时间对晶间腐蚀敏感性的影响

合金试样在不同时效时间下的晶间腐蚀组织，见图3，合金试样腐蚀深度，见图4。从图3和图4可知，时效时间为4 h时，其表面整体腐蚀较轻，只有局部出现了明显的腐蚀坑，但腐蚀深度最大；随着时效时间的延长，合金试样表面点蚀现象逐渐增多，腐蚀面积增大，但腐蚀深度有所减小；在175 ℃×12 h时腐蚀深度最小，但表面出现了明显的点蚀甚至爆皮现象。时效时间延长至15～18 h，合金试样腐蚀深度又出现增大，且表面腐蚀严重，出现表面爆皮、分层等现象。这是因为合金试样时效时间较短时，合金晶界附近溶质原子向晶界扩散较少，晶界无析出带较长，晶间腐蚀扩散通道较为通畅。随着时效时间的延长，合金晶界析出相增加，扩散通道内电位差变化频繁，合金表面不易发生腐蚀现象。当时效时间进一步延长，合金晶界析出物越来越多，晶界附近由于溶质原子的析出，形成无析出相的贫化带，而贫化带与Al基本相同，在电化学腐蚀中充当阳极，形成腐蚀通道，从而产生晶间腐蚀。

3 结论

1)6061合金挤压棒材在540 ℃×2 h固溶处理后，经175 ℃×12 h人工时效可达到峰时效状态，硬度达到最大值；

2)在欠时效状态下，合金抗晶间腐蚀性能随着电导率的提升而提高；

3)在峰时效状态下，合金腐蚀深度最小，抗晶间腐蚀性能较好。

(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

图4 不同时效时间6061合金挤压棒的腐蚀深度