肖栋，杜永霞，杨云东，叶朋飞，王从昆

（南山铝材公司，山东龙口265706）

6×××系铝合金力学性能与硬度关系的分析

肖栋，杜永霞，杨云东，叶朋飞，王从昆

（南山铝材公司，山东龙口265706）

针对影响铝合金产品力学性能和硬度的因素以及抗拉强度与硬度之间的关系进行了探讨，对产品的实际生产具有重要的指导意义。

铝合金；力学性能；硬度

0 前言

6×××系铝合金是以镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金，具有良好的强度、可成形性和耐腐蚀性能，广泛应用于汽车、船舶、航空等领域[1]。对于不同铝合金产品具有不同的性能要求，一般要求铝合金产品的抗拉强度、硬度（布氏硬度）同时达到合格标准。

1 影响铝合金力学性能与硬度的因素

1.1 铝合金铸锭的化学成分

6×××系铝合金是以Mg2Si为强化相的合金，因此首先应确定强化相的含量再确定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，但不能放宽，以免合金性能失控。

1.2 铝合金铸锭均匀化

均匀化处理可改善铸坯的塑性，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。

1.3 铝型材挤压温度与速度

具体挤压温度和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。但出口温度不得低于产品淬火温度。

1.4 铝型材淬火效果

淬火的目的是将合金快速冷却至室温，得到过饱和状态的固溶体。一般来说，采用较快的淬火冷却速度可以得到最高的强度以及强度和韧性的最佳组合，提高制品的腐蚀及应力腐蚀抗力[2]。而淬火敏感性与合金中主要强化相的含量成正比，合金中过剩Si、Cr、Mn的含量增加，其淬火冷却速度也要相应提高[3、4]。因此，均匀良好的淬火效果可有效地提高产品的机械性能。

1.5 铝型材的人工时效

2 抗拉强度与硬度之间的关系

2.1 铝合金抗拉强度与硬度关系的提出

在实际工作中，为了同时满足材料的抗拉强度与硬度要求，可以通过其抗拉强度与硬度的关系来控制其中一项指标而达到另一项指标的标准，而材料的硬度测量方法比较简单，操作方便，可以用测量硬度来换算材料的抗拉强度。有不少文献针对两者关系进行了探讨，但大多数适用于钢铁及铁基合金，而针对铝合金的文献则比较少，文献[5]给出了一个近似的表达式：

布氏硬度与维氏硬度很接近，根据布氏硬度（HB）与维氏硬度（HV）的经验换算关系，将换算结果与国家标准换算值对照，换算误差大约在6HV以下，该换算公式为：

注：此经验公式中布氏硬度与维氏硬度的单位要一致，单位为N/mm2。

通过以上公式找到抗拉强度与布氏硬度的关系式，如下式所示：

2.2 实验材料及方法

2.2.1 实验原理

硬度是衡量材料软硬程度的性能指标，是表征材料的弹性、塑性、形变强化率、强度和韧性等一系列不同性能组合的一种综合性能指标。布氏硬度是根据压痕单位表面积上的载荷大小来计算硬度值，它不适合测定硬度较高的材料，布氏硬度（HB）=载荷力（F）/压痕球形表面积（）。铝合金硬度一般是用布氏硬度表示。

2.2.2 实验材料与仪器

实验材料选取本公司生产的牌号为6061、6063、6005A铝合金型材，其化学成分如表1所示。利用北京时代生产的型号THB-3000D布氏硬度试验机测试布氏硬度，施加的载荷力为250kgf。另外，利用济南思达测试技术有限公司生产的型号为WDW-300的万能试验机进行拉伸试验。

表1 常见6xxx系铝合金的化学成分（质量分数/%）

2.3 实验结果与分析

2.3.1 抗拉强度与硬度的关系

由表2误差数据可知，抗拉强度的计算值与实测值的误差最大为5.8%，范围最大在±3.0%之间；布氏硬度计算值与实测值的最大误差为5.6%，范围最大在±2.5%之间。

表2 常见6xxx系铝合金试样抗拉强度与布氏硬度的计算值与实测值的比较

图1 抗拉强度与布氏硬度计算值与实测值的比较

2.3.2 抗拉强度与硬度关系式准确性的验证

为了进一步验证抗拉强度与硬度关系式的准确性，结合实际生产与《实用五金手册》，将铝合金布氏硬度范围值（80HB～100HB）[6]带入方程，得到的数据与真实值进行对比，对其准确性进行验证，并求出误差，如表3所示。

抗拉强度的计算值与实测值的误差最大为4.4%；布氏硬度计算值与实测值的最大误差为4.6%，由此可见计算值与实测值相差不大，证明建立的抗拉强度与硬度关系式可靠。

表3 铝合金硬度与抗拉强度换算值

3 结论

（1）影响6×××系铝合金力学性能与硬度的因素主要有：铸锭的化学成分、铸锭均匀化处理、型材挤压温度与速度、型材淬火效果、型材人工时效。

（2）将公式σb≈3.234×1.053HB计算得到的结果与实测值进行对比，理论抗拉强度与实际抗拉强度误差范围在±3%，由公式反推得到的理论布氏硬度与实际布氏硬度误差范围在±2.5%。此次试验结果证明该公式误差在可接受范围内，对实际生产有指导意义。

（3）结合其他工业材公司参考《实用五金手册》技术研究的结果，参数中的布氏硬度范围值证明建立的抗拉强度与硬度关系式是可靠的。

[1]Hao ZHONG,Paul POMETSCH,Yuri ESTRIN.Effect of alloy composition and heat treatment on mechanical performance of 6xxx aluminum alloy[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2014,24:2174-2178

[2]肖亚庆.铝加工技术实用手册[M].北京：冶金工业出版社，2004，（10）：707

[3]吴锡坤.铝型材加工实用技术手册[M].长沙：中南大学出版社，2006，（6）：474

[4]李彩文，潘学著，刘露露，等.在线淬火对6061、6005铝合金型材组织与性能的影响[J].金属热处理，2010,6（6）：59-62

[5]张玉庭.简明热处理工手册（第2版）[M].北京：机械工业出版社，1998.872

[6]张丝雨.最新金属材料牌号、性能、用途及中外牌号对照速用速查五金手册[M].北京：中国科技文化出版社，2005，(1):219-220

Analysis of Relationship between Mechanical Properties and Hardness of 6×××Series Aluminum Alloy

XIAO Dong,DU Yong-xia,YANG Yun-dong,YE Peng-fei,WANG Cong-kun
(Nanshan Aluminum Profile Company,Longkou 265706,China)

The factors influencing the mechanical properties and hardness of aluminum alloy products and the relationship between the tensile strength and hardness were discussed in the paper,which has important practical guiding significance to the production.

aluminum alloy;mechanical properties;hardness

TG146.21

A

1005-4898(2017)03-0050-04

10.3969/j.issn.1005-4898.2017.03.11

肖栋（1984-），男，山东龙口人，工程师。

2017-04-10