6061-T6铝合金挤压棒材导电率研究

周江平，朱世安，2，刘 欢，蔡月华，罗涛涛

（1.广东豪美技术创新研究院有限公司，清远 511540；2.广东豪美新材股份有限公司，清远 511540）

0 前言

6×××系铝合金具有比强度高、成形性好、耐蚀性强、耐高温等优良性能，在所有可挤压铝合金产量中占比70%以上[1-2]。6061 铝合金具有中等强度、优良的焊接性能和良好的加工性能，广泛地应用于汽车零部件。随着新能源汽车零部件应用市场的拓展，用户普遍对材料的综合性能提出了更高的要求，同时提出了高强度和高导电率的技术要求。按照常规工艺生产的6061-T6铝合金挤压棒材电导率在35.5%IACS～39.5%IACS，不能满足导电率≥45%IACS的需求。本文通过探索铝棒成分、均质工艺、时效工艺对6061 棒材力学性能和导电性能的影响，批量生产出符合用户技术要求的棒材，为工业化生产提供参考。

1 试验研究

1.1 技术要求

6061 棒材的生产工艺流程：熔铸→挤压→时效。客户的技术要求见表1，可以看出，客户提出的力学性能和导电率要求远超国标。

表1 6061-T6棒材技术要求

1.2 试验材料

设计了如表2所示的3种不同化学成分的6061合金，铸成φ320 mm×1 250 mm的铸锭。

表2 试验合金的化学成分（质量分数/%）

2 试验结果及分析

2.1 化学成分

具体铸造工艺参数见表3。熔炼温度710～750 ℃。共铸造3 个熔次的铸棒，实测化学成分见表4。导电率与金属内部自由电子运动有关，铝合金熔炼固溶时，原铝锭中存在的Fe、Cr、Ti、Mn等过渡族杂质元素固溶进基体或形成金属化合物，引起基体固溶度增加、晶格畸变等进而导致金属的导电率降低。过剩Si部分以游离Si的形式固溶在基体中，造成晶格畸变，导致导电性能下降，因此需要尽量减少过剩Si的含量，可将Si的含量尽量往下限控制。Cu 含量增加有利于力学性能和导电率提升，所以Cu按照中上限控制[4]。

表3 铸造工艺参数

表4 实测化学成分（质量分数/%）

2.2 均质化处理

研究不同均质工艺对6061 铝合金挤压棒材T6状态下制品导电率的影响，具体均质工艺参数见表5，均质后合金硬度、电导率及晶粒度等级见表6。合金铸态的组织主要由枝晶状的α（Al）过饱和固溶体及枝晶间的非平衡共晶相所组成。合金在铸造冷却条件下，其组织主要为过饱和固溶体，由于过饱和程度较高，合金的硬度也相应较大，此时合金的导电率降低。均匀化退火后，加入的Mn、Cr 等形成高温弥散相MnAl6、CrAl7等。与此同时，部分Mn、Cr 进入AlFeSi 相形成Al（FeMnCr）Si，过饱和固溶体逐渐分解，使基体过饱和程度下降，进而导致合金硬度降低，导电率升高[5]。

表5 6061合金均质工艺参数

表6 6061合金均质后硬度、电导率及晶粒度等级

6061 合金均匀化过程中随着温度的提高，枝晶偏析消除越彻底。通过表5 和表6 的数据得知：均匀化温度越高，导电率越高。6061 合金使用575 ℃×8 h 工艺均匀化后相比520 ℃×12 h 工艺均匀化而言，前者硬度相对更低、导电率更高。

2.3 时效工艺

研究不同时效工艺对6061-T6铝合金挤压棒材制品导电率的影响。6061 合金挤压棒材选定φ80 mm 规格，铸锭规格采用φ320 mm×1 250 mm，挤压筒径为330 mm，筒温为400～430 ℃，挤压残料厚度为50 mm，冷却采用水浴冷却，可以满足产品的冷却需求。实验过程按照表7的挤压工艺参数进行试验。

表7 6061合金挤压工艺参数

不同化学成分和均质工艺采用同一挤压工艺的φ80 mm圆棒，分别按照175 ℃×8 h、195 ℃×6 h、205 ℃×3.5 h 和220 ℃×1.5 h 时效工艺进行时效，并测试其力学性能及导电率，结果见表8。

表8 不同时效工艺参数下棒材力学性能及导电率

对于Al-Mg-Si 这种热处理可强化合金，其第二相的析出状态对合金性能具有显著影响。铝合金的导电性能主要是通过自由电子的定向运动而实现，因此，对铝合金导电率影响最为强烈的因素是基体的固溶度。固溶度越高，自由电子的散射越严重，对自由电子的定向运动阻碍越大，所以导电率越低[6-7]。此类合金的强度增量主要是通过强化相阻碍位错运动而实现，从固溶状态开始进行时效处理，随着强化相的析出，合金强度与导电率值是负相关[8-9]。

在过时效状态下，合金组织和性能更为稳定，但此时因强化相的粗化长大，降低了对位错的阻碍运动，因此强度会有所降低。而随着过时效程度的增加，更多溶质原子从基体中脱溶，合金基体固溶度继续降低，导电率得到明显提高。

通过表8 的数据分析得知，同一批次的合金，在挤压工艺相同的情况下，棒材经195 ℃×6 h、205 ℃×3 h和220 ℃×1.5 h工艺时效后都处于过时效状态，相比175 ℃×8 h工艺时效其性能降低，但导电率有所上升。综合力学性能和导电率指标，最优的时效工艺是195 ℃×6 h。

3 结论

（1）6061 合金挤压棒材，其杂质含量越低铸棒的导电率越高；通过实验研究最优的化学成分是2#成分，可以满足挤压棒材性能和导电率的要求。

（2）用于6061合金挤压棒材的铸棒采用不同温度均质，相比低温均质工艺，采用高温均质工艺的铸棒导电率有较大提升，性能有较小的提升。

（3）6061 合金挤压棒材采用高温时效时，导电率更高，性能更低。

（4）最优的工艺组合是：均质工艺575 ℃×8 h和时效工艺195 ℃×6 h，挤压出来的6061 合金棒材可以满足用户要求。