Trans. Nonferrous Met. Soc. China 22(2012) 2072?
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Influence of sequence of cold working and aging treatment on
mechanical behaviour of 6061 aluminum alloy
Mostafa MANSOURINEJAD 1, Bahman MIRZAKHANI
2
1. Faculty of Engineering, Islamic Azad University, Dezful Branch, Dezful 64616-63679, Iran;
2. Department of Materials Science and Engineering, Faculty of Engineering, Arak University,
Arak 38156-8-8349, Iran
Received 17 November 2011; accepted 27 February 2012
Abstract: The influence of combination of different designated precipitation hardening and cold working on the tensile properties of 6061 aluminum alloy was investigated. The results indicate that applying single aging at 180 °C for 4 h in different thermal-mechanical treatments improves both the strength and elongation. However, double aging does not improve the mechanical properties. In addition, pre-aging shows a negative effect on the subsequent precipitation hardening of material. The changes in mechanical properties were discussed by explanation of microstructural evolution due to the competition of precipitation hardening, strain hardening and work softening processes.
Key words: 6061 aluminum alloy; age hardening; hardening; mechanical properties
1 Introduction
Aluminum alloys are widely used for high-strength and light mass structures in aerospace and automotive applications. Aluminum ?magnesium ?silicon (Al ?Mg ?Si) denoted as 6xxx series alloys are medium strength heat treatable alloys and have good formability [1].
Work hardening and precipitation hardening are common strengthening mechanisms of 6xxx series of aluminum alloys [2]. When cold working is combined with age treatment, two main microstructural processes are competing with each other. Work softening due to dislocation annihilation during age treatment improves ductility and decreases strength of alloy. On the other hand, work hardening as a result of increase of dislocation density over cold working and dislocation pinning by precipitates formed during age treatment increases strength of material and reduces its elongation.
The microstructural evolution and the effect of various designated heat treatments on mechanical behavior of Al ?Mg ?Si alloys have been investigated [3?12]. In some previous studies [13?15], the process-model approaches have been used to predict the mechanical properties of 6xxx series alloys as well. RISANTI et al [3] used interrupted aging to investigate
the strength and toughness of extrusion grade AA6061. They compared the experimental results with those by conventional T6 treatment. The tensile properties of AA6061 subjected to various degrees of precipitation hardening were examined by OZTURK et al [4]. DEMIR and GUNDUZ [5] investigated the impact of artificial aging on the machinability of AA6061 in as-received, solution heat treated and aged conditions. KIM et al [6] investigated the mechanical and tribological properties of rheo-formed wrought AA6061 alloy. The influences of interrupted age treatments on precipitation process, microstructural development and mechanical properties of 6061 alloy were studied by BUHA et al [7]. They focused on secondary precipitation using transmission electron microscopy (TEM) and differential scanning calorimetry (DSC). CHANG et al [8] showed that natural pre-aging has a positive effect on artificial aged Al ?Mg ?Si alloys. They explained that natural aging increases the volume fraction of fine precipitates and significantly improves the mechanical properties. The positive effect of pre-aging at 170 °C for 5 min on Vickers hardness, mechanical property and formability of 6000 series of aluminum alloy was illustrated by LIU et al [9]. However, some authors indicated the negative result of pre-natural aging on peak hardness of material subjected to artificial aging [10?12]. SONG [13]
Corresponding author: Bahman MIRZAKHANI; Tel: 0098-861-262-5820; Fax: 0098-861-417-3450; E-mail: b-mirzakhani@araku.ac.ir DOI: 10.1016/S1003-6326(11)61430-1
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developed a strengthening model to relate microstructure features of Al?Mg?Si alloys during aging treatment with yield strength and hardness. WEAKLEY-BOLLIN et al [14] employed the precipitation strengthening micromechanical base model to predict yield strength of W319 aluminum alloy as a function of aging time and temperature. A modified model was utilized by LIU et al [15] to present quantitative relationships between the yield strength of the alloy and the size, volume fraction of precipitates. There is a lack of comprehensive investigations on the relationship between changes in mechanical properties and microstructure evolution of Al?Mg?Si alloys when cold rolling is combined with precipitation hardening. In this work, the influence of sequence of various degrees of age hardening and different amounts of cold working (CW) on the mechanical properties of AA6061 was studied. This could help to make decision that applying precipitation hardening, whether before shaping the material or as a final treatment of manufacturing, is more convenient.
2 Experimental
AA6061 is one of the most widely used 6xxx aluminum alloys [2]. This material can be heat treated to produce precipitation to various degrees [7]. Mg and Si are the major solutes in this series of aluminum alloys; they increase the strength of the alloy by precipitation hardening. In the present study, AA6061-O sheets with 5 mm in thickness were used. The chemical composition of the materials was determined by spectrometry which is listed in Table 1.
Table 1 Chemical composition of AA 6061 alloy (mass fraction, %)
Mg Si Cu Fe Mn Cr Zn Ti Al
0.90 0.41 0.16 0.26 0.070.04 0.01 0.01Bal.
In order to study the influence of various sequences of cold working and age hardening on mechanical properties of AA6061, different series of thermal- mechanical treatments were utilized as illustrated in Fig.
1. In this experimental set up, pre-aging, single and double aging, amount and multiple of reduction in area and order of heat treatment and cold working were the important features of investigation.
Some strips were cut from AA6061-O sheets along rolling direction. All samples were solutionized at 520 °C for 1 h and then quenched immediately in water. Solution treatments of samples of series IV and V were carried out after cold rolling, as shown in Figs. 1(d) and 1(e). Cold working (CW) was conducted by a laboratory rolling mill to the reduction of 20%, 40% and 60% in area. A resistance furnace with atmospheric environment was utilized for heat treatment. Precipitation hardening was performed at 180 °C for 0.5 h (denoted by pre-aging) and 4 h (indicated by final aging). In order to study the influence of microstructural changes during pre-aging on subsequent behavior of material, samples of series II, III and IV were pre-aged at 180 °C for 0.5 h and after cold rolling, finally aged at 180 °C for 4 h. The objective of these treatments was to age the material partially to increase its resistance to thinning without considerable reduction in ductility.
Tensile test specimens were cut from the thermal- mechanically treated strips. The long axis of the test specimen was parallel to the rolling direction (RD). Tensile test specimens were then prepared according to ASTM E-8 sub-size specifications [16]. The gauge length and gauge width of the tensile test specimens were 50 mm and 12.5 mm, respectively. Tensile tests were performed with a crosshead speed of 5 mm/min. Stress—strain curves were then analyzed; next, yield, ultimate tensile strengths and elongation of samples were compared. Meanwhile, micro-hardness of samples was measured using a Vickers hardness indenter under 9.8 N load. The hardness values reported here represent the average of at least three measurements.
3 Results and discussion
The influence of cold working on tensile properties and hardness of series I of samples is shown in Fig. 2. As Figs. 2(a)?(c) illustrated, by increasing the amount of reduction in area, the yield and ultimate strengths and hardness of materials come up. Indeed, dislocation density in the structure of material increases during cold working, which results in rise of yield strength and ultimate tensile strength. It can also be seen that aging at 180 °C for 4 h leads to higher increase in strength and hardness. While the cold rolled strips are subjected to age treatment, further strengthening could occur, which increases the strength and hardness of the material. Meanwhile, heavy strain provides more nucleation sites for precipitation and gives rise in the strength and hardness. First series of samples’ elongation is displayed in Fig. 2(d). Increase of amount of reduction in area decreases elongation due to increase in dislocation density, which makes difficulty for flow of material. This figure also indicates that age treatment of cold worked samples improves the ductility of alloy. In fact, heat treatment of material at 180 °C for 4 h could result in dislocation annihilation so strain hardening effect decreases. On the other hand, improvement in elongation as a result of work softening is more than its decline through dislocation pinning by precipitates. When the amount of reduction in area increases, the nucleation sites for precipitation increase and precipitates lock
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Fig. 1 Different series of thermal-mechanical treatments: (a) I; (b) II; (c) III; (d) IV; (e) V
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Fig. 2 Mechanical properties of sample of series I after thermal-mechanical treatment (I): (a) Yield strength; (b) Ultimate tensile strength; (c) Hardness; (d) Elongation
dislocations and cause to difficulty of gliding dislocations. Therefore, the less change in elongation of “Single CW” and “Single CW?single aging” samples appears.
Figures 3 and 4 demonstrate the mechanical behavior of series II of thermal-mechanical treated samples. In these processes, the material was initially cold rolled to 40% and 60% reduction in area respectively and pre-aged at 180 °C for 0.5 h. Next, they experienced 20%, 40% and 60% cold working and some of them were finally aged at 180 °C for 4 h. The results in these figures point out that the strength and hardness increase and the elongation decreases with the increase of reduction in area due to the strain hardening of material. However, for the samples subjected to double aging, the changes in mechanical properties are insignificant when the reduction in area increases from 40% to 60%. This is because of the heat treatment of material at 180 °C for 4 h, which softens the microstructure and slows down the strain hardening effect. Meanwhile, comparing “Double CW?pre-aging” with “Double CW?double aging” treated samples shows that precipitation hardening not only does not have positive effect on the material strengthening, but also leads to the decrease of yield and ultimate strengths and hardness in some cases (especially in strips initially cold rolled to 60% reduction in area). In other words, in cases of 20% and 40% reductions in area, the strength and hardness of the aged samples remain almost constant but they decrease by the increase of cold working to 60%. It seems to show that pre-aging has a negative influence on the subsequent material precipitation hardening, which has also been mentioned by other researchers [10,11]. It has stated that the negative response is due to the fact that pre-aging depletes matrix from solute atoms and decreases the nucleation sites for subsequent precipitation process [11]. In fact, while GP zones and β″precipitates formed during pre-age treatment, there are no sufficient Mg and Si solutes in the matrix. Therefore, the most suitable microstructure from point of super-saturated solid solution is not provided for next precipitation hardening. Furthermore, some precipitates existing within the microstructure of pre-aged samples could grow during the following age treatment and lose their proficiency. Consequently, final aging may not have remarkable impact on the mechanical properties. In addition, the increase in strength due to light precipitation hardening is less than the decrease in strength as a result of restoration process. Therefore, the strength and hardness practically remain constant or decline when the “Double CW?pre-aging” treated samples are subjected to final aging.
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Fig. 3 Mechanical behaviour of “Double CW?pre-aging” and “Double CW?double aging” treated samples (the amount of initial cold working was 40%): (a) Yield strength; (b) Ultimate tensile strength; (c) Hardness; (d) Elongation
Fig. 4 Mechanical behaviour of “Double CW?pre-aging” and “Double CW?double aging” treated samples (the amount of initial cold working was 60%): (a) Yield strength; (b) Ultimate tensile strength; (c) Hardness; (d) Elongation
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Concerning the ductility of material, it is obvious in Figs. 3(d) and Fig. 4(d) that when the reduction in area increases, the elongation decreases. Meanwhile, the precipitation hardening at 180 °C for 4 h gives rise to ductility which is related to the dislocation annihilation occurring over final aging. In fact, the reduction in elongation due to the precipitation hardening is less than the increase of ductility as a result of microstructure softening during age treatment.
Two other thermal-mechanical cycles were investigated in order to examine the positive or negative effect of pre-aging on the mechanical behavior of material. The mechanical properties of samples are respectively listed in Tables 2 and 3. It can be seen that final aging has almost no influence on the material strength and hardness as discussed before for the second series treatment. However, the ductility of materials improves when they are subjected to double aging. Nevertheless, a positive effect of natural pre-aging on the mechanical behavior of the artificial aged Al?Mg?Si alloy was reported by CHANG et al [8]. The results presented in Fig. 3, Fig. 4, Table 1 and Table 2 indicate that conducting final aging on the pre-aged and cold rolled samples only makes elongation better, although the strength remains constant or might decrease. It seems to show that the negative or positive effect of pre-aging mainly depends on the mole ratio of Mg to Si, the amount of cold working and the history of thermal-mechanical treatment conducted on the material.
Figure 5 shows how the initial cold working (before solutionizing) influences the mechanical properties of the thermal-mechanical treated samples (Series V). It can be seen that for both series of “Pre-CW” and “Pre-CW?single aging” treated samples by increasing
Table 2 Mechanical properties of thermal-mechanically treated samples (III)
Thermal-mechanical treatment (III) Yield strength/MPa Ultimate tensile strength/MPa Elongation/% Hardness,
HV Single CW?pre-aging 200 299 9 111 Single CW?double aging 203 301 12 113
Table 3 Mechanical properties of thermal-mechanically treated samples (IV)
Thermal-mechanical treatment (IV) Yield strength/MPa Ultimate tensile strength/MPa Elongation/% Hardness,
HV Three times CW?pre-aging 261 323 8 119 Three times CW?double aging 260 327 10 121
Fig. 5 Mechanical properties of samples after thermal-mechanical treatment (series V): (a) Yield strength; (b) Ultimate tensile strength; (c) Hardness; (d) Elongation
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the reduction in area, the yield and ultimate strengths and hardness of the materials first increase and then decrease. However, the elongation decreases while the reduction in area increases. Moreover, the precipitation hardening of cold rolled samples has improved both the strength and ductility.
Solution treatment of cold rolled strips at 520 °C for 1 h could lead to recovery and recrystallization. NIRANJANI et al [17] found that the recrystallization temperature of AA6061 alloy is between 200 °C and 250 °C. They used DSC to identify the recovery and recrystallization temperatures. In fact, the increase of cold working expands the defect density in the microstructure. So, the internal energy and driving force of restoration process rise. Furthermore, the solutionizing temperature is high enough to encourage the grain growth of the recrystallized grains. The more the reduction in area is applied, the faster the kinetics of restoration processes and the grain growth arises. One can assume that the grain growth is more possible for large reduction in area, especially the samples undergo 60% of cold working because the recrystallization is completed quickly in these samples. Therefore, the yield and ultimate strength and the elongation decrease as the amount of cold rolling increases from 40% to 60%. On the other hand, 40% reduction in area before solution treatment provides the most suitable structure from grain size approach. Thus, the subsequent age treatment gives rise to both strength and elongation, as illustrated in Fig.
5.
Employing combination of age hardening and cold rolling is practical from manufacturing process point of view. If the material has to be formed first and then aged, or it is essential to age the material initially and then to shape it. The process mainly depends on the material in its application and mechanical properties. For instance, if the formability of material is important, it can be formed to the proper shape under solutionized condition and then aged. Otherwise, if the strength of the alloy is not high enough, it is important to apply precipitation hardening first in order to increase the resistance of sheet to thinning.
4 Conclusions
1) The influence of thermal-mechanical treatment sequence on the mechanical properties of AA6061 alloy was investigated in different cases.
2) In the cases in which cold working was performed after solution treatment, increasing the reduction in area increases the yield and ultimate strengths and hardness but decreases the elongation. When the samples were finally aged, cold working increase causes the mechanical properties slowly changing due to the competition of softening and hardening mechanisms.
3) Using double aging in different sequences of thermal-mechanical treatments reflects negative effect of pre-aging on subsequent precipitation hardening of material. In this condition, the strength and hardness slightly decrease or remain constant and the ductility nearly improves.
4) The results of present study comply with the literature and show that negative or positive effect of pre-aging mainly depends on the mole ratio of Mg to Si, the amount of cold working and the history of thermal-mechanical treatment conducted on the material. Acknowledgments
The authors are grateful for financial support of Islamic Azad University, Dezful Branch for the project No. 6230.
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冷加工和时效处理顺序对6061铝合金力学性能的影响
Mostafa MANSOURINEJAD1, Bahman MIRZAKHANI2
1. Faculty of Engineering, Islamic Azad University, Dezful Branch, Dezful 64616-63679, Iran;
2. Department of Materials Science and Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak 38156-8-8349, Iran
摘 要：研究不同的析出硬化和冷加工组合对6061铝合金拉伸性能的影响。结果表明，在不同的热处理过程中，在180 °C单时效4 h能提高合金的强度和伸长率。然而，双时效处理不能改善其力学性能。另外，预时效对随后的析出硬化有负面影响。合金力学性能的变化归因于析出硬化、应变硬化和加工软化的竞争而引起的显微组织演变。关键词：6061铝合金；时效硬化；硬化；力学性能
(Edited by YANG Hua)
影响6系铝合金机械性能的重要因素 6063、6063A、6A02、6061铝合金多用于生产建筑材、工业材、家俱材、梯具材。多数客户对特殊用途的产品抗拉强度、延伸率的要求越来越高，因此根据多年来的实践经验对常用的6系铝合金如何获得更好的机械性能做如下分析： 1)铝合金锭坯的化学成分：6063、6063A是以Mg2Si为强化相的合金，所以首先应确定强化相的含量，一般当Mg2Si的量在0.71%----1.03%范围内时，其抗拉强度随Mg2Si量的增加近似线性的提高，但变形抗力也跟着提高，加工变得困难，但Mg2Si量小于0.72%时，对于挤压系数偏小(小于或等于30)的制品，抗拉强度值有达不到标准要求的危险，当Mg2Si量超过0.9%时，合金的塑性有下降趋势。确定了强化相的量后再确定Mg的含量，Mg是易燃金属，熔炼操作时会有烧损，在确定Mg的控制范围时要考虑烧损所带来的误差，但不能放得太宽，以免合金性能失控，Mg的波动范围应在0.04%之内，T5型材取0.47--0.53%，T6型材取0.57----0.60%。当Mg的范围确定后，可用Mg/Si比来确定硅，Si可与其它元素形成化合物如：AlFeSi，所以Si应在原基础上补约0.09---0.13%，Mg/Si应控制在1.18----1.32之间。6061、6A02合金其Mg2Si量应控制在1.4%左右，为加强其延伸率，Cu的含量约为0.2---0.4%。其维氏硬度大于或等于15 2)铝合金锭坯均匀化：均匀化处理可改善锭坯的塑性，提高其工艺性能，改善制品组织异向性能，消除金属内部的残余应力。(无条件公司可不进行均匀化处理) 3)铝型材挤压温度和速度：6063、6063A其淬火温度不得低于500度，所以挤压温度一般控制在470---490度，6061、6A02其交货状态一般为T6，淬火温度比6063略高约510----520度。具体挤压温度和挤压速度应根据型材壁厚、挤压特性和模具状况等因素来适当调整，坚持高温低速、低温高速的挤压原则。但其出口温度不得低于产品淬火温度。 4)铝型材淬火效果：淬火是为了将在高温下固溶于基体金属中的Mg2Si在出模后经快速冷却到室温而被保留下来，冷却速度常和强化相含量成正比，因其淬火敏感性增高，在Mg2Si 为0.8%的6063合金，从454度冷却至204度的临界冷却温度范围内，最小冷却速度为38度/分钟，而含Mg2Si为1.4%的6061合金在上述临界冷却温度范围的冷却速度不应小于65度/分钟，因此，6063可以用风冷淬火，6061必须用水冷淬火。均匀良好的淬火效果可有效的提高产品机械性能。 5)铝型材人工时效：6063、6061合金型材在刚挤出来的状态下的抗拉强度等于或大于140兆帕，在快速冷却到室温后8小时内加以人工时效可以使其抗拉强度增强至240兆帕以上，人工时效一般采用190---200度保温1--2小时。6061、6A02一般采用180---190度保温4---6时。
1.1 引言 6061铝合金是一种典型的可变形热处理铝合金, 具有良好的综合性能, 其成形方式主要为锻造成形, 其锻件被广泛地应用于汽车、摩托车和游艇上。目前, 有关6061 铝合金材料的高温力学参数较少, 给该材料的高温性能研究带来了许多困难。本文采用热压缩模拟试验, 根据所得数据, 确定了6061 铝合金的材料常数, 即激活能Q、应力指数n、应力水平参数A和结构因子A 等。本文通过研究6061合金在不同退火处理条件下，对其微观组织的影响。 1.2铝概述 铝是地壳中分布最广、储量最多的金属元素之一，约占地壳总质量的8.2%，仅次于氧和硅，比铁（约占5.1%）、镁（约占2.1%）和钛（约占0.6%）的总和还多。它的化学元素符号为AL，在元素周期表中属第三主族，相对原子质量为26.9815，面心立方晶系，常见化合价为+3价。 我国拥有发展铝工业的优越条件，铝土矿储量丰富，可供开发电容量3.8×108kW，动力煤储量3300亿吨，以及十分充裕的劳动力后备军，资源居世界前列。铝加工业包括铝加工的熔炼和铸造，铝及铝合金板、带、条、箔材，管、棒、型、线材，锻材和模锻件，粉材以及深加工产品的生产与经营，是一个涉及面很广、对国防军工现代化、国民经济发展和人民生活水平提高有重大影响的行业，是一个技术含量和附加值很高的产业。铝加工是整个铝业产业链条中最强的一环。世界铝及铝加工产业发展很快，已具有相当规模，中国已成为铝业打过，但还不是铝业强国，而且产品的比例仍不够协调，需要加大产品结构调整力度。中国铝业的年增长速度大大高于世界各国，在不久的将来，中国会很快赶上世界先进水平。除了进口一部分特殊管材、型材和棒材及特殊板、带、箔等工业用材外，建筑型材和铝箔已大批出口，成为净出口国。由此可见，我国铝加工的产业结构和产品结构是极不合理的，需要大力调整。另外铝加工装备的整体水平还不高，技术自主开发能力还不够强，与国外相比差距较大。我国已引进了大批的关键设备和技术，但是要想彻底改变铝板、带、箔的产量、消费量少于挤压材的产量、消费量；大中型工业型材少于建筑型材；高档产品少于中、低档产品；大中型现代化铝加工装备少于小型的、落后的铝加工装备的局面尚有大量工作要做。我国目前铝加工产业的发展特点有：1、铝加工企业正处于在大改组、大合并、
纯铝的强度低，不宜用来制作承受载荷的结构零件。向铝中加入适量的硅、铜、镁、锰等合金元素，可制成强度较高的铝合金，若在经冷变形强化或热处理，可进一步提高强度。 根据铝合金的成分和生产工艺特点,通常分为形变与铸造铝合金两大类.工业上应用的主要有铝-锰,铝-镁,铝-镁-铜,铝-镁-硅-铜,铝-锌-镁-铜等合金.变形铝合金也叫熟铝合金,据其成分和性能特点又分为防锈铝,硬铝,超硬铝,锻铝和 特殊铝等五种. 铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。铝合金分为防锈铝、硬铝、超硬铝等种类，各种类均有各自的使用范围，并有各自的代号，以供使用者选用。 铝合金基本常识 一、分类：展伸材料分非热处理合金及热处理合金 1.1 非热处理合金：纯铝—1000系，铝锰系合金—3000系，铝矽系合金—4000系，铝镁系合金—5000系。 1.2 热处理合金：铝铜镁系合金—2000系，铝镁矽系合金—6000系，铝锌镁系合金—7000系。 二、合金编号：我国目前通用的是美国铝业协会〈Aluminium Association〉的编号。兹举 例说明如下：1070-H14(纯铝)
2017-T4(热处理合金) 3004-H32(非热处理合金) 2.1第一位数：表示主要添加合金元素。 1：纯铝 2：主要添加合金元素为铜 3：主要添加合金元素为锰或锰与镁 4：主要添加合金元素为矽 5：主要添加合金元素为镁 6：主要添加合金元素为矽与镁 7：主要添加合金元素为锌与镁 8：不属於上列合金系的新合金 2.2第二位数：表示原合金中主要添加合金元素含量或杂质成分含量经修改的合金。 0：表原合金 1：表原合金经第一次修改 2：表原合金经第二次修改 2.3第三及四位数： 纯铝：表示原合金 合金：表示个别合金的代号 ＂-″：后面的Hn或Tn表示加工硬化的状态或热处理状态的鍊度符号-Hn ：表示非热处理合金的鍊度符号 -Tn ：表示热处理合金的鍊度符号 2 铝及铝合金的热处理 一、鍊度符号：若添加合金元素尚不足於完全符合要求，尚须藉冷加工、淬水、时效
6061铝合金 6061铝合金介绍 属Al-Mg-Si系合金，中等强度，具有良好的塑性和优良的耐蚀性。特别是无应力腐蚀开裂倾向，其焊接性优良，耐蚀性及冷加工性好，是一种使用范围广.很有前途的合金。可阳极氧化着色，也可涂漆上珐琅，适应作建筑装饰材料。其含有少量Cu，因而强度高于6063的，但淬火敏感性也比6063高，挤压之后不能实现风淬，需要重新固溶处理和淬火时效，才能获得较高的强度。 一、6061铝合金元素 6061铝合金的主要合金元素是镁与硅，并形成Mg2Si相。若含有一定量的锰与铬，可以中和铁的坏作用；有时还添加少量的铜或锌，以提高合金的强度，而又不使其抗蚀性有明显降低；导电材料中还有少量的铜，以抵销钛及铁对导电性的不良影响；锆或钛能细化晶粒与控制再结晶组织；为了改善可切削性能，可加入铅与铋。在Mg2Si固溶于铝中，使合金有人工时效硬化功能。6061铝合金中的主要合金元素为镁与硅，具有中等强度、良好的抗腐蚀性、可焊接性，氧化效果较好。 二、镁铝6061特点 美铝6061-T651是6系合金的主要合金，是经热处理预拉伸工艺的高品质铝合金产品；美铝6061具有加工性能极佳、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。 主要用途:广泛应用于要求有一定强度和抗蚀性高的各种工业结构件，如制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、铁道车辆。 三、6061典型用途代表用途包括航天固定装置、电器固定装置、通讯领域，也广泛应用于自动化机械零件、精密加工、模具制造、电子及精密仪器、SMT、PC板焊锡载具等等。6061化学成分 Cu :0.15～0.4 Mn :0.15 Mg :0.8～1.2 Zn :0.25 Cr :0.04～0.35 Ti :0.15 Si :0.4～0.8 Fe :0.7 Al :余量 6061力学性能
铝合金的典型机械性能(Typical Mechanical Properties) 铝合金牌号 及状态拉伸强度(25°C MPa)屈服强度(25°C MPa)硬度500kg力10mm球延伸率 1.6mm(1/16in)厚度 5052-H112 175 195 60 12 5083-H112 180 211 65 14 6061-T651 310 276 95 12 7050-T7451 510 455 135 10 7075-T651 572 503 150 11 2024-T351 470 325 120 20 铝合金的典型物理性能(Typical Physical Properties) 铝合金牌号及状态热膨胀系数 (20-100℃) μm/m?k熔点范围 (℃)电导率20℃(68℉) (%IACS) 电阻率20℃(68℉) Ωmm2/m 密度(20℃)(g/cm3) 2024-T351 23.2 500-635 30 0.058 2.82 5052-H112 23.8 607-650 35 0.050 2.72 5083-H112 23.4 570-640 29 0.059 2.72 6061-T651 23.6 580-650 43 0.040 2.73 7050-T7451 23.5 490-630 41 0.0415 2.82 7075-T651 23.6 475-635 33 0.0515 2.82 铝合金的化学成份(Chemical Composition Limit Of Aluminum ) 合金 牌号硅Si 铁Fe 铜Cu 锰Mn 镁Mg 铬Cr 锌Zn 钛Ti 其它铝 每个合计最小值 2024 23.2 0.5 3.8-4.9 0.3-0.9 1.2-1.8 0.1 0.25 0.15 0.05 0.15 余量5052 25 0.4 0.1 0.1 2.2-2.8 0.15-0.35 0.1 -- 0.05 0.15 余量5083 23.8 0.4 0.1 0.3-1.0 4.0-4.9 0.05-0.25 0.25 0.15 0.05 0.15 余量6061 23.6 0.7 0.15-0.4 0.15 0.8-1.2 0.04-0.35 0.25 0.15 0.05 0.15 余 量 7050 23.5 0.15 20.-2.6 0.1 1.9-2.6 0.04 5.7-6.7 0.06 0.05 0.15 余量7075 23.6 0.5 1.2-2.0 0.3 2.1-2.9 0.18-0.28 5.1-6.1 0.2 0.05 0.15 余 量 美铝典型应用领域 用途 2024 5052 5083 6061 7050 7075 农业 -- ● -- ● -- -- 航空器● -- -- ●●● 模具 -- ● -- ● -- ● 机械设备●● -- ●●● 五金零件 -- -- -- ● -- -- 建筑 -- ● -- ● -- --
上海智昕工贸有限公司 6061-T651是6061铝合金的主要合金，是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，其强度虽不能与2XXX系或7XXX系相比，但其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。典型用途一、板带的应用广泛应用于装饰、包装、建筑、运输、电子、航空、航天、兵器等各行各业。二、航空航天用铝材用于制作飞机蒙皮、机身框架、大梁、旋翼、螺旋桨、油箱、壁板和起落架支柱，以及火箭锻环、宇宙飞船壁板等。三、交通运输用铝材用于汽车、地铁车辆、铁路客车、高速客车的车体结构件材料，车门窗、货架、汽车发动机零件、空调器、散热器、车身板、轮毂及舰艇用材。四、包装用铝材全铝易拉罐制罐料主要以薄板与箔材的形式作为金属包装材料,制成罐、盖、瓶、桶、包装箔。广泛用于饮料、食品、化妆品、药品、香烟、工业产品等包装。五、印刷用铝材主要用于制作PS版，铝基PS版是印刷业的一种新型材料，用于自动化制版和印刷。六、建筑装饰用铝材铝合金因其良好的抗蚀性、足够的强度、优良的工艺性能和焊接性能，主要广泛用于建筑物构架、门窗、吊顶、装饰面等。如各种建筑门窗、幕墙用铝型材、铝幕墙板、压型板、花纹板、彩色涂层铝板等。七、电子家电用铝材主要用于各种母线、架线、导体、电气元件、冰箱、空调、电缆等领域。规格：圆棒、方棒代表用途包括航天固定装置、电器固定装置、通讯领域。 一、6061铝合金元素 6061铝合金的主要合金元素是镁与硅，并形成Mg2Si相。若含有一定量的锰与铬，可以中和铁的坏作用；有时还添加少量的铜或锌，以提高合金的强度，而又不使其抗蚀性有明显降低；导电材料中还有少量的铜，以抵销钛及铁对导电性的不良影响；锆或钛能细化晶粒与控制再结晶组织；为了改善可切削性能，可加入铅与铋。在Mg2Si固溶于铝中，使合金有人工时效硬化功能。6061铝合金中的主要合金元素为镁与硅，具有中等强度、良好的抗腐蚀性、可焊接性，氧化效果较好。 二、镁铝6061特点 镁铝6061-T651是6系合金的主要合金，是经热处理预拉伸工艺的高品质铝合金产品；镁铝6061具有加工性能极佳、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。 主要用途:广泛应用于要求有一定强度和抗蚀性高的各种工业结构件，如制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、铁道车辆。 三、6061典型用途代表用途包括航天固定装置、电器固定装置、通讯领域，也广泛应用于自动化机械零件、精密加工、模具制造、电子及精密仪器、SMT、PC板焊锡载具等等。 铝合金基本状态代号： F 自由加工状态适用于在成型过程中，对于加工硬化和热处理条件特殊要求的产品，该状态产品的力学性能不作规定（不常见） O 退火状态适用于经完全退火获得最低强度的加工产品（偶尔会出现） H 加工硬化状态适用于通过加工硬化提高强度的产品，产品在加工硬化后可经过（也可不经过）使强度有所降低的附加热处理（一般为非热处理强化型材料）
附录A 结构用铝合金材料力学性能 常见结构用铝合金板、带材力学性能（标准值）可按表A-1采用，结构用铝合金棒、管、型材力学性能（标准值）可按表A-2采用。结构用铝合金板、带、棒、管、型材的化学成分可按表A-3采用。 表A-1 结构用铝合金板、带材力学性能标准值
注：1. 伸长率标准值中，A适用于厚度不大于12.5mm的板材，A适用于厚度大于12.5mm的板材。502. 表中焊接折减系数的数值适用于材料焊接后存放的环境温度大于10℃，存放时间大于3d（6XXX系列）或30d（7XXX系列）的情况。 3. 表中焊接折减系数的数值适用于厚度不超过15mm的MIG焊，以及3xxx系列、5xxx系列合金和8011A合金厚度不超
过6mm的TIG焊。对于6xxx系列和7xxx系列合金厚度不超过6mm的TIG焊，焊接折减系数的数值必须乘以0.8。当厚度超过上述规定，如无试验结果或国内外相关规范规定，3xxx系列、5xxx系列合金和8011A合金焊接折减系数的数值必须乘以0.9，6xxx系列和7xxx系列合金焊接折减系数的数值必须乘状态不需进行上述折减。O焊）。对于TIG（0.64焊）或MIG（0.8以． 表A-2 结构用铝合金棒、管、型材力学性能标准值
适用于厚度（或直的板（或棒）材，A注：1. 伸长率标准值中，A适用于厚度（或直径）不大于12.5mm50 12.5mm的板（或棒）材。径）大于系6XXX（2. 表中焊接折减系数的数值适用于材料焊接后存放的环境温度大于10℃，存放时间大于3d 系列）的情况。列）或30d（7XXX8011A系列合金和MIG焊，以及3xxx系列、5xxx3. 表中焊接折减系数的数值适用于厚度不超过15mm的焊接折减系数的7xxx系列合金厚度不超过6mmTIG焊，合金厚度不超过6mm的TIG焊。对于6xxx系列和系列合。当厚度超过上述规定，如无试验结果或国内外相关规范规定，3xxx系列、5xxx的数值必须乘以0.8系列合金焊接折减系数的数值必须乘0.9，6xxx系列和7xxx金和8011A合金焊接折减系数的数值必须乘以TIG焊）。对于O状态不需进行上述折减。以0.8（MIG焊）或0.64（
6061力学性能 6061的极限抗拉强度为124 MPa 受拉屈服强度 55.2 MPa 延伸率25.0 % 弹性系数68.9 GPa 弯曲极限强度228 MPa Bearing Yield Strength 103 MPa 泊松比0.330 疲劳强度 62.1 MPa 6061热处理工艺 快速退火：加热温度350～410℃;随材料有效厚度的不同，保温时间在30～120min 之间;空气或水冷。2）高温退火：加热温度350～500℃;成品厚度≥6mm时，保温时间为10～30min、<6mm时，热透为止;空气冷。3）低温退火：加热温度150～250℃;保温时间为2～3h;空气或水冷。 1、6061T651铝合金简介 6061-T651是6061合金的主要合金，是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，其强度虽不能与2XXX系或7XXX系相比，但其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。精密加工/模具用铝合金板产品特点： 1.良好的可成型性、可焊接性。 2.强度高。 3.可使用性好，接口特点优良。 4.易于加工，容易涂层。 5.抗腐蚀性、抗氧化性好。 4、6061T651力学性能： 抗拉强度σb (MPa)：≥180 屈服强度σ0.2 (MPa)：≥110 伸长率δ5 (％)：≥14 注：棒材室温纵向力学性能 5、6061T651物理性能: 合金及坚韧度热膨胀系 数 溶点范围坚韧度 传热度(每 寸每方尺) 传电系数电阻系数 68度至212度 6061 13.1 1080-1205 T4 T6，T651 1070 1160 40-132 43-142 26 24
静拉伸试验 一、实验目的 1、测45#钢的屈服强度s σ、抗拉强度m R 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。 2、测定铝合金的屈服强度s σ、抗拉强度m R 、断后伸长率δ和断面收缩率ψ。 3、观察并分析两种材料在拉伸过程中的各种现象。 二、使用设备 微机控制电子万能试验机、0.02mm 游标卡尺、试验分化器 三、试样 本试样采用经过机加工直径为10mm 左右的圆形截面比例试样，试样成分分别为铝合金和45#，各有数支。 四、实验原理 按照我国目前执行的国家 GB/T 228—2002标准—《金属材料 室温拉伸试验方法》的规定，在室温1035℃℃的范围内进行试验。将试样安装在试验机的夹头当中，然后开动试验机，使试样受到缓慢增加的拉力（一般应变速率应≤0.1m/s ），直到拉断为止，并且利用试验机的自动绘图装置绘出材料的拉伸图。 试验机自动绘图装置绘出的拉伸变形L ?主要是整个试样，而不仅仅是标距部分的伸长，还包括机器的弹性变形和试样在夹头中的滑动等因素，由于试样开始受力时，头部在头内的滑动较大，故绘出的拉伸图最初一段是曲线。 塑性材料与脆性材料的区别： （1）塑性材料： 脆性材料是指断后伸长率5%δ≥的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都比较大。塑性材料在发生断裂时，会发生明显的塑性变形，也会出现屈服和颈缩等现象； （2）脆性材料： 脆性材料是指断后伸长率5%δ<的材料，其从开始承受拉力直至试样被拉断，变形都很小。并且，大多数脆性材料在拉伸时的应力—应变曲线上都没有明显的直线段，几乎没有塑性变形，在断裂前不会出现明显的征兆，不会出现屈服和颈缩等现象，只有断裂时的应力值—强度极限。 脆性材料在承受拉力、变形记小时，就可以达到m F 而突然发生断裂，其抗拉强度也远远 小于45钢的抗拉强度。同样，由公式0m m R F S =即可得到其抗拉强度，而根据公式，10 l l l δ-=。 五、实验步骤 1、试样准备 用笔在试样间距0L （10cm ）处标记一下。用游标尺测量出中间横截面的平均直径，并且测出试样在拉伸前的一个总长度L 。 2、试验机准备：
铝合金选材技术报告 一．1-8系列铝合金用途介绍: 1×××系列铝板材 1×××系列铝板材：代表 1050、1060、1100。在所有系列中1×××系列属于含铝量最多的一个系列。纯度可以达到99.00%以上。由于不含有其他技术元素，所以生产过程比较单一，价格相对比较便宜，是目前常规工业中最常用的一个系列。目前市场上流通的大部分为1050以及1060系列。1000系列铝板根据最后两位阿拉伯数字来确定这个系列的最低含铝量，比如1050系列最后两位阿拉伯数字为50，根据国际牌号命名原则，含铝量必须达到99.5%以上方为合格产品。我国的铝合金技术标准(GB/T3880-2006)中也明确规定1050含铝量达到99.5%.同样的道理1060系列铝板的含铝量必须达到99.6%以上。 2×××系列铝板材 2×××系列铝板材：代表2A16（LY16）、2A06（LY6）。2×××系列铝板的特点是硬度较高，其中以铜原属含量最高，大概在3-5%左右。2×××系列铝板属于航空铝材，目前在常规工业中不常应用。我国目前生产2×××系列铝板的厂家较少。质量还无法与国外相比。目前进口的铝板主要是由韩国和德国生产企业提供。随着我国航空航天事业的发展，2×××系列的铝板生产技术将进一步提高。 3×××系列铝板材 3×××系列铝板材：代表3003、 3004、 3A21为主。又可以称为防锈铝板。我国3×××系列铝板生产工艺较为优秀。3×××系列铝板是由锰元素为主要成分，含量在 1.0-1.5%之间。是一款防锈功能较好的系列。常规应用在空调，冰箱，车底等潮湿环境中，价格高于1×××系列，是一款较为常用的合金系列。4×××系列铝板材 4×××系列铝板材：代表为4A01。 4×××系列的铝板属于含硅量较高的系列。通常硅含量在 4.5-6.0%之间。属建筑用材料,机械零件,锻造用材,焊接材料;低熔点,耐蚀性好产品描述:具有耐热、耐磨的特性。 5×××系列铝板材 5×××系列铝板材：代表5052、5005、5083、5A05系列。5×××系列铝板属于较常用的合金铝板系列，主要元素为镁，含镁量在3-5%之间。又可以称为铝镁合金。主要特点为密度低，抗拉强度高，延伸率高。在相同面积下铝镁合金的重量低于其他系列.故常用在航空方面，比如飞机油箱。在常规工业中应用也较为广泛。加工工艺为连铸连轧，属于热轧铝板系列故能做氧化深加工。在我国5×××系列铝板属于较为成熟的铝板系列之一。 6×××系列铝板材 6×××系列铝板材：代表6061。主要含有镁和硅两种元素，故集中了4×××系列和5×××系列的优点，6061是一种冷处理铝锻造产品，适用于对抗腐蚀性、氧化性要求高的应用。可使用性好，接口特点优良，容易涂层，加工性好。可以用于低压武器和飞机接头上。 7×××系列铝板材 7×××系列铝板材：代表7075 。主要含有锌元素。也属于航空系列，是铝镁锌铜合金,可热处理合金,属于超硬铝合金,有良好的耐磨性.7075铝板是经消
6061铝合金 6061铝合金是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，其强度虽不能与2XXX系或7XXX系相比，但其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。 目录 1基本介绍 2化学成分（单位：%） 3力学性能 4热处理 5对应牌号 6计算方式 7现货规格 1基本介绍 6061-T651是6061铝合金的主要合金，是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，其强度虽不能与2XXX系或7XXX系相比，但其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。 典型用途 一、板带的应用广泛应用于装饰、包装、建筑、运输、电子、航空、航天、 兵器等各行各业。 二、航空航天用铝材用于制作飞机蒙皮、机身框架、大梁、旋翼、螺旋桨、 油箱、壁板和起落架支柱，以及火箭锻环、宇宙飞船壁板等。
三、交通运输用铝材用于汽车、地铁车辆、铁路客车、高速客车的车体结构件材料，车门窗、货架、汽车发动机零件、空调器、散热器、车身板、轮毂及舰艇用材。 四、包装用铝材全铝易拉罐制罐料主要以薄板与箔材的形式作为金属包装材料,制成罐、盖、瓶、桶、包装箔。广泛用于饮料、食品、化妆品、药品、香烟、工业产品等包装。 五、印刷用铝材主要用于制作PS版，铝基PS版是印刷业的一种新型材料，用于自动化制版和印刷。 六、建筑装饰用铝材铝合金因其良好的抗蚀性、足够的强度、优良的工艺性能和焊接性能，主要广泛用于建筑物构架、门窗、吊顶、装饰面等。如各种建筑门窗、幕墙用铝型材、铝幕墙板、压型板、花纹板、彩色涂层铝板等。 七、电子家电用铝材主要用于各种母线、架线、导体、电气元件、冰箱、空调、电缆等领域。规格：圆棒、方棒代表用途包括航天固定装置、电器固定装置、通讯领域。 一、6061铝合金元素 6061铝合金的主要合金元素是镁与硅，并形成Mg2Si相。若含有一定量的锰与铬，可以中和铁的坏作用；有时还添加少量的铜或锌，以提高合金的强度，而又不使其抗蚀性有明显降低；导电材料中还有少量的铜，以抵销钛及铁对导电性的不良影响；锆或钛能细化晶粒与控制再结晶组织；为了改善可切削性能，可加入铅与铋。在Mg2Si固溶于铝中，使合金有人工时效硬化功能。6061铝合金中的主要合金元素为镁与硅，具有中等强度、良好的抗腐蚀性、可焊接性，氧化效果较好。 二、镁铝6061特点 镁铝6061-T651是6系合金的主要合金，是经热处理预拉伸工艺的高品质铝合金产品；镁铝6061具有加工性能极佳、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。 主要用途:广泛应用于要求有一定强度和抗蚀性高的各种工业结构件，如制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、铁道车辆。 三、6061典型用途代表用途包括航天固定装置、电器固定装置、通讯领域，也广泛应用于自动化机械零件、精密加工、模具制造、电子及精密仪器、SMT、PC板焊锡载具等等。 铝合金基本状态代号： F 自由加工状态适用于在成型过程中，对于加工硬化和热处理条件特殊要求的产品，该状态产品的力学性能不作规定（不常见）
6061铝合金属热处理可强化合金，具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性能，同时具有中等强度，在退火后仍能维持较好的强度。6061铝合金的主要合金元素是镁与硅，并形成Mg2Si相。若含有一定量的锰与铬，可以中和铁的坏作用；有时还添加少量的铜或锌，以提高合金的强度，而又不使其抗蚀性有明显降低；导电材料中还有少量的铜，以抵销钛及铁对导电性的不良影响；锆或钛能细化晶粒与控制再结晶组织；为了改善可切削性能，可加入铅与铋。6061铝合金的熔化温度在582~652℃，老牌号为LD30。
2.典型用途 一、板带的应用广泛应用于装饰、包装、建筑、运输、电子、航空、航天、兵器等各行各业。 二、航空航天用铝材用于制作飞机蒙皮、机身框架、大梁、旋翼、螺旋桨、油箱、壁板和起落架支柱，以及火箭锻环、宇宙飞船壁板等。 三、交通运输用铝材用于汽车、地铁车辆、铁路客车、高速客车的车体结构件材料，车门窗、货架、汽车发动机零件、空调器、散热器、车身板、轮毂及舰艇用材。 四、包装用铝材全铝易拉罐制罐料主要以薄板与箔材的形式作为金属包装材料,制成罐、盖、瓶、桶、包装箔。广泛用于饮料、食品、化妆品、药品、香烟、工业产品等包装。 五、印刷用铝材主要用于制作PS版，铝基PS版是印刷业的一种新型材料，用于自动化制版和印刷。 六、建筑装饰用铝材铝合金因其良好的抗蚀性、足够的强度、优良的工艺性能和焊接性能，主要广泛用于建筑物构架、门窗、吊顶、装饰面等。如各种建筑门窗、幕墙用铝型材、铝幕墙板、压型板、花纹板、彩色涂层铝板等。 七、电子家电用铝材主要用于各种母线、架线、导体、电气元件、冰箱、空调、电缆等领域。 3.热处理工艺 1）快速退火：加热温度350～410℃，随材料有效厚度的不同，保温时间在30～120min之间，空气或水冷。 2）高温退火：加热温度350～500℃，成品厚度≥6mm时，保温时间为10～30min、<6mm时，热透为止，空气冷。
1.6061铝合金基本情况 6061铝合金属热处理可强化合金，具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性能，同时具有中等强度，在退火后仍能维持较好的强度。6061铝合金的主要合金元素是镁与硅，并形成Mg2Si相。若含有一定量的锰与铬，可以中和铁的坏作用；有时还添加少量的铜或锌，以提高合金的强度，而又不使其抗蚀性有明显降低；导电材料中还有少量的铜，以抵销钛及铁对导电性的不良影响；锆或钛能细化晶粒与控制再结晶组织；为了改善可切削性能，可加入铅与铋。6061铝合金的熔化温度在582~652℃，老牌号为LD30。
2.典型用途 一、板带的应用广泛应用于装饰、包装、建筑、运输、电子、航空、航天、兵器等各行各业。 二、航空航天用铝材用于制作飞机蒙皮、机身框架、大梁、旋翼、螺旋桨、油箱、壁板和起落架支柱，以及火箭锻环、宇宙飞船壁板等。 三、交通运输用铝材用于汽车、地铁车辆、铁路客车、高速客车的车体结构件材料，车门窗、货架、汽车发动机零件、空调器、散热器、车身板、轮毂及舰艇用材。 四、包装用铝材全铝易拉罐制罐料主要以薄板与箔材的形式作为金属包装材料,制成罐、盖、瓶、桶、包装箔。广泛用于饮料、食品、化妆品、药品、香烟、工业产品等包装。 五、印刷用铝材主要用于制作PS版，铝基PS版是印刷业的一种新型材料，用于自动化制版和印刷。 六、建筑装饰用铝材铝合金因其良好的抗蚀性、足够的强度、优良的工艺性能和焊接性能，主要广泛用于建筑物构架、门窗、吊顶、装饰面等。如各种建筑门窗、幕墙用铝型材、铝幕墙板、压型板、花纹板、彩色涂层铝板等。 七、电子家电用铝材主要用于各种母线、架线、导体、电气元件、冰箱、空
三种材料力学性能的异同 姓名：学号：班号： 摘要: 通过静态拉伸实验测定三种金属和合金材料的力学性能，对实验数据进行分析计算，并对比三种材料力学性能的异同。 关键词:低碳钢、铝合金、铸铁、力学性能，引伸计 引言：力学实验是材料、机械、力学相关课程的重要部分，无论是理论的产生、公式的验证、材料性能的测定等，都离不开实验。通过实验，不仅巩固了理论知识，还可以熟悉和训练实验技能，培养严肃认真的精神和良好的科学习惯。因此力学实验是材料、力学、机械类课程实践教学的重要环节。此次便是通过实验，分析、总结，归纳实验数据和结果，更深入了解和认识低碳钢、铝合金、铸铁的力学性能；为深入专业课程学习奠定基础；同时初步掌握力、变形测试技术及数据处理能力、培养解决实际问题的科研动手能力。 一、实验目的和内容 1、熟悉实验设备（试验机和引伸计等）测定金属材料的拉伸时力学性能参数， 如测定低碳钢的屈服极限，强度极限，延伸率和截面收缩率等指标； 2、观察实验中现象（如断口和颈缩现象），并比较金属材料在拉伸时的变形及破坏形式。 3、比较不同金属材料在拉伸时的力学性能特点。 二、实验名称 拉伸试验 三、实验设备 1. WDW－3050电子万能试验机（50mm引伸计） 2. 50分度游标卡尺 四、试件 d0 1、拉伸试验所采用的试件 试件采用三种材料：低碳钢、和铸铁。低碳钢 和铝合金属于塑性材料；铸铁属于脆性材料。试件 的外形如图所示。
1．测定屈服极限σs 、强度极限σb 可根据相应的载荷除以横截面原始面积而得到，即： 0s s A P = σ， 0b b A P =σ 2．测定断后伸长率δ和断面收缩率ψ 断后伸长率和断面收缩率分别用下式进行计算： %100_001?= L L L δ， %100_0 10?=A A A ψ 其中： L 0—试件标距原长。 L 1—试件拉断后的标距长度，可将拉断后的试件对紧，然后测量。 A 0—试件横截面的原始面积。 A 1—试件拉断后颈缩处的最小横截面面积。 注：本实验的辅助器械是50mm 引伸计，用以测量应变。在铝合金及低碳钢的实验中采用了这种引伸计，而在铸铁的实验中，出于对引伸计的保护，并未加挂引伸计。 六、实验方法及步骤 1、 先用游标卡尺测量试件中间等直杆两端及中间这三个横截面处的直径：在每一横截面内沿互相垂直方向各测量一次并取平均值。用所测得的三个平均值中最小的值作为试件的初始直径d 0，并按d 0计算试件的初始横截面面积A 0。 再根据试件的初始直径d 0 计算试件的标距l 0，并用游标卡尺在试件中部等直杆段内量取试件标距l 0 。 2、先将试件悬空安装在试验机的下夹头内，再利用工作台移动上夹头到适当位置，然后用夹头将试件上下端夹紧。 3、调整好相机（DH 相机）位置和焦距。 4、打开实验软件，先点联机按钮，然后设置参数。点击试样录入按钮,输入试验编号及试样参数等。点击参数设置按钮，输入试验开始点、横梁速度及方向等。 5、选择试验编号和实验曲线，将负荷与位移清零。 6、点击“试验开始”按钮，开始式样，同时仔细观察试样在试验过程中的各种现象。 7、试件被拉断后取下试件，量取拉断后的标距和颈缩处的直径。 8、查看并保存数据。 9、实验结束后，点击“脱机”按钮，关闭实验软件。然后关闭试验机及计算机。
6061铝合金 6061属热处理可强化合金，具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性能，同时具有中等 强度，在退火后仍能维持较好的操作性. 6061合金的主要合金元素是镁与硅，并形成Mg2Si相。若含有一定量的锰与铬，可以中和铁的坏作用；有时还添加少量的铜或锌，以提高合金的强度，而又不使其抗蚀性有明显降低；导电材料中还有少量的铜，以抵销钛及铁对导电性的不良影响；锆或钛能细化晶粒与控制再结晶组织；为了改善可切削性能，可加入铅与铋。在Mg2Si固溶于铝中，使合金有人工时效硬化功能。 6061-T651是6061合金的主要合金，是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，其强度虽不能与2XXX系或7XXX系相比，但其镁、硅合金特性多，具有加工性能极佳、优良的焊接特点及电镀性、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷及易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。 时效硬化:经固溶处理或形变加工的金属材料在室温或较高温度保持而使强度和硬度明显提高的现象。 固溶处理：指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却（水冷），以得到过饱和固溶体的热处理工艺。 不完全人工时效：采用比较低的时效温度或较短的保温时间, 获得优良的综合力学性能, 即获得比较高的强度, 良好的塑性和韧性, 但耐腐蚀性能可能比较低。 完全人工时效：采用较高的时效温度和较长的保温时间, 获得最大的硬度和最高的抗拉强度, 但伸长率较低。 稳定化处理：为使工件在长期服役的条件下形状和尺寸变化能够保持在规定范围内的热处理。 典型用途 一、板带的应用广泛应用于装饰、包装、建筑、运输、电子、航空、航天、兵器等各行各业。 二、航空航天用铝材用于制作飞机蒙皮、机身框架、大梁、旋翼、螺旋桨、油箱、壁板和起落架支 柱，以及火箭锻环、宇宙飞船壁板等。 三、交通运输用铝材用于汽车、地铁车辆、铁路客车、高速客车的车体结构件材料，车门窗、货架、 汽车发动机零件、空调器、散热器、车身板、轮毂及舰艇用材。 四、包装用铝材全铝易拉罐制罐料主要以薄板与箔材的形式作为金属包装材料,制成罐、盖、瓶、 桶、包装箔。广泛用于饮料、食品、化妆品、药品、香烟、工业产品等包装。 五、印刷用铝材主要用于制作PS版，铝基PS版是印刷业的一种新型材料，用于自动化制版和印刷。 六、建筑装饰用铝材铝合金因其良好的抗蚀性、足够的强度、优良的工艺性能和焊接性能，主要广 泛用于建筑物构架、门窗、吊顶、装饰面等。如各种建筑门窗、幕墙用铝型材、铝幕墙板、压型板、花纹板、彩色涂层铝板等。 七、电子家电用铝材主要用于各种母线、架线、导体、电气元件、冰箱、空调、电缆等领域。规格： 圆棒、方棒代表用途包括航天固定装置、电器固定装置、通讯领域，也广泛应用于自动化机械零件、精密加工、模具制造、电子及精密仪器、SMT、PC板焊锡载具等等。 一、6061铝合金元素 6061铝合金的主要合金元素是镁与硅，并形成Mg2Si相。若含有一定量的锰与铬，可以中和铁的坏作用；有时还添加少量的铜或锌，以提高合金的强度，而又不使其抗蚀性有明显降低；导电材料中
6061铝合金介绍 属Al-Mg-Si系合金，中等强度，具有良好的塑性和优良的耐蚀性。特别是无应力腐蚀开裂倾向，其焊接性优良，耐蚀性及冷加工性好，是一种使用范围广.很有前途的合金。可阳极氧化着色，也可涂漆上珐琅，适应作建筑装饰材料。其含有少量Cu，因而强度高于6063的，但淬火敏感性也比6063高，挤压之后不能实现风淬，需要重新固溶处理和淬火时效，才能获得较高的强度。 6061铝合金的主要合金元素是镁与硅，并形成Mg2Si相。若含有一定量的锰与铬，可以中和铁的坏作用；有时还添加少量的铜或锌，以提高合金的强度，而又不使其抗蚀性有明显降低；导电材料中还有少量的铜，以抵销钛及铁对导电性的不良影响；锆或钛能细化晶粒与控制再结晶组织；为了改善可切削性能，可加入铅与铋。在Mg2Si固溶于铝中，使合金有人工时效硬化功能。6061铝合金中的主要合金元素为镁与硅，具有中等强度、良好的抗腐蚀性、可焊接性，氧化效果较好。 美铝6061-T651是6系合金的主要合金，是经热处理预拉伸工艺的高品质铝合金产品；美铝6061具有加工性能极佳、良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。 主要用途:广泛应用于要求有一定强度和抗蚀性高的各种工业结构件，如制造卡车、塔式建筑、船舶、电车、铁道车辆。 典型用途 代表用途包括航天固定装置、电器固定装置、通讯领域，也广泛应用于自动化机械零件、精密加工、模具制造、电子及精密仪器、SMT、PC板焊锡载具等等。 化学成分 化学成分(%): Cu :0.15～0.4 Mn :0.15 Mg :0.8～1.2 Zn :0.25 Cr :0.04～0.35 Ti :0.15 Si :0.4～0.8 Fe :0.7 Al :余量 力学性能 6061铝合金性能: 6061的极限抗拉强度为124 MPa 受拉屈服强度55.2 MPa 延伸率25.0 % 弹性系数68.9 GPa 弯曲极限强度228 MPa Bearing Yield Strength 103 MPa 泊松比0.330 疲劳强度62.1 MPa
塑性加工金属学实验综述 ——6061铝合金性能研究 铝，是一种化学元素。它的化学符号是Al，它的原子序数是13。铝元素在地壳中的含量仅次于氧和硅，居第三位，是地壳中含量最丰富的金属元素。在金属品种中，仅次于钢铁，为第二大类金属。它具有特殊的化学、物理特性，不仅重量轻，质地坚，而且具有良好的延展性、导电性、导热性、耐热性和耐核辐射性，是国民经济发展的重要基础原材料。 铝的比重为 2.7，密度为 2.72g/cm3，约为一般金属的1/3。由于铝的塑性很好，具有延展性，便于各种冷、热压力加工，它既可以制成厚度仅为0.006 毫米的铝箔，也可以冷拔成极细的丝。通过添加其它元素还可以将铝制成合金使它硬化，强度甚至可以超过结构钢，但仍保持着质轻的优点。航空、建筑、汽车三大重要工业的发展，要求材料特性具有铝及其合金的独特性质，这就大大有利于这种新金属铝的生产和应用。 近一个世纪的历史进程中，铝的产量急剧上升，到了20世纪60年代，铝在全世界有色金属的产量上超过了铜而位居首位，这它的用途涉及到许多领域，大至国防、航天、电力、通讯等，小到锅碗瓢盆等生活用品。它的化合物用途非常广泛, 不同的含铝化合物在医药、有机合成、石油精炼等方面发挥着重要的作用。
人们根据不同的需要，研制出了许多铝合金，在许多 到了铝合金。 根据铝合金的加工工艺特性，纯铝按其纯度分为高纯铝、工业高纯铝和工业纯铝三类。铝合金按加工方法可以分为形变铝合金和铸造铝合金。形变铝合金塑性好，适宜于压力加工。形变铝合金按照其性能特点和用途可分为防锈铝(LF)、硬铝(LY）、超硬铝(LC)和锻铝(LD)四种。变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化 型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括工业纯铝（1000系列）； Al-Mn合金（3000系列）； Al-Si合金（4000系列）； Al-Mg合金（5000系列）。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为Al-Cu-Mn合金（2000系列）；Al-Mg-Si合金（6000系列）； Al-Mg-Si-Cu合金（7000系列）。铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能. 6061铝合金属Al-Mg-Si系合金，中等强度，具有良好的塑性和优良的耐蚀性。特别是无应力腐蚀开裂倾向，其焊接性优良，耐蚀性及冷加工性好，是一种使用范围广.很有前途的合金。可阳极氧化着色，也可涂漆上珐琅，适应作建筑装饰材料。其含有少量Cu，因而强度高于6063
高压（87.5MPa）氢气环境下6061铝合金力学性能 在国家重点基础研究发展计划（973计划）项目等的资助下，浙江大学化工机械研究所在我国首次开展了高压（87.5MPa）氢气环境下6061铝合金力学性能测试。 1.试样制备 光滑圆棒拉伸试样制备使用的6061铝棒化学成分见表1，紧凑拉伸试样制备使用的6061铝板化学成分见表2。 表1 6061铝棒化学成分（wt. %） 表2 6061铝板化学成分（wt. %） 光滑圆棒拉伸试样和紧凑拉伸试样尺寸分别见图1和图2。 图1 光滑圆棒拉伸试样图2 紧凑拉伸试样
2.试验方法 2.1 试验设备 试验设备为浙江大学自主研发的高压氢环境材料耐久性试验装置HPHyTest-140。 2.2 试验气体 试验气体为87.5MPa高纯氢气（99.999%）和87.5MPa高纯氩气（99.999%）。 2.3 试验温度 试验温度为室温。 2.4 试验方法 执行标准为：ANSI/CSA CHMC 1-2014 Test methods for evaluating material compatibility in compressed hydrogen applications。 1）慢应变速率拉伸试验 将光滑圆棒拉伸试样置于87.5MPa高压氢气（氩气）环境，以位移控制方式，用10-5/s应变速率对其进行单轴拉伸，直至试样断裂。 2）疲劳裂纹扩展速率试验 将紧凑拉伸试样置于87.5MPa高压氢气（氩气）环境中，对其施加循环载荷（频率1 Hz、应力比0.1），获取试验过程中疲劳裂纹扩展长度及应力强度因子随载荷循环次数的变化关系，最终获得该材料在高压氢气和高压氩气环境下的疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子的关系曲线。 3.试验结果 3.1 慢应变速率拉伸试验 在87.5MPa高压氢气和氩气环境中，6061光滑圆棒拉伸试样的慢应变速率拉伸试验结果见表3和图3。