Updated Деформируемые сплавы 

6061 aluminium alloy

  • Алюминиевый сплав 6061 представляет собой термообрабатываемый сплав средней и высокой прочности.
  • Обладает очень хорошей коррозионной стойкостью и очень хорошей свариваемостью, хотя и имеет пониженную прочность в зоне сварки.
  • Обладает средней усталостной прочностью.
  • Имеет хорошую способность к холодной штамповке в состоянии Т4, но ограниченную формуемость в состоянии Т6.
  • Не подходит для очень сложных сечений.

Химический состав

Номинальный химический состав

Al-1,0Mg-0,6Si-0,30Cu-0,20Сr

Химический состав по EN 573-3

  • В действующем Европейском стандарте EN 573-3 присутствует только один сплав EN AW-6061A. Сплав 6061 без литеры “A” отсутствует (Табл. 1).
  • В ранних редакциях Европейского стандарта EN 573-3 было два сплава: 6061 и его модификация 6061А (Табл. 2)
  • Примечания “e” и “15” указываеют, что содержание свинца в сплаве 6061А должно быть не более 0,003 %
  • В EN 755-2 по механическим свойствам присутствует только сплав 6061, без литеры A.

Таблица 1 – Химический состав сплава 6061 по EN 573-3:2019

Таблица 2 – Химический состав сплава 6061 по EN 573-3:2001

Обозначения

  • EN 573-3: EN AW-6061A и EN AW-Al Mg0,7Si(A)
  • Международная регистрация (Teal Sheats) – Aluminum Association: 6061
  • Unified Numbering System (UNS): А96061
  • ISO 209: 2007: 6061

Металлургические характеристики

  • Деформируемый
  • Термически упрочняемый
  • Относится к сплавам с уровнем прочности от среднего до высокого.
  • Повышение прочности достигает за счет термического упрочнения.
  • Достигает прочности выше, чем у сплава 6005А.
  • Хорошая коррозионная стойкость.
  • Хорошо сваривается, но имеет пониженную прочность в зоне сварного шва.
  • Имеет среднюю усталостную прочность.
  • Хорошо поддается холодной формовке в состоянии Т4, но имеет ограниченную формуемость в состоянии Т6.
  • Не подходит для прессованных профилей со сложным поперечным сечением.
  • Место сплава 6061 среди других сплавов серии 6ххх – см. рисунок ниже.

Типичное применение

  • рамы велосипедов
  • грузовые автомобили
  • пассажирские вагоны
  • спортивные снаряды
  • конструкционные трубы
  • конструкционные детали, которые требуют повышенную прочность, хорошую свариваемость и высокую коррозионная стойкость
  • детали рамы, направляющих сидений, бамперы пассажирских автомобилей.   
  • Рамы грузовых автомобилей
  • Кораблестроение
  • Мосты и мобильные военные мосты
  • Аэрокосмическая продукция
  • Pylons and Towers
  • Transport
  • Boilermaking
  • Motorboats
  • Rivets

Standardized production

Механические свойства

Нормированные механические свойства (EN 755-2)

Таблица 2 – Требования к механическим свойствам экструдированной продукции из алюминиевого сплава 6061 по EN 755-2:2016

Типичные механические свойства

 Таблица 3 – Типичные механические свойства сплава 6061 [1]

Физические свойства

Модуль упругости

  • при растяжении – 68900 МПа
  • при сжатии – 69700 МПа.

Плотность

2,70 г/см3 при 20 °С 

Термические свойства

Интервал температуры плавления

575 – 650 °С

Коэффициент термического расширения

Линейный: 23,6 мкм/(м·°С) в интервале от 20 до 100 °С.

Свариваемость

  • Хорошо сваривается дуговой сваркой в среде инертного газа, в частности, аргонно-дуговой сваркой, как неплавящимся электродом (GTAW-TIG), так и плавящимся электродом (GMWA-MIG).
  • Обычный сварочный сплав – 4043.

Groove weld strength

Прочность сварного шва является важным фактором при выборе подходящего присадочного сплава. Тепло сварки размягчает алюминиевые сплавы, прилегающие к сварному шву, если они находятся в любом состоянии, кроме отожженного. В большинстве сварных швов с разделкой кромок ЗТВ основного сплава будет контролировать прочность соединения после сварки (Fig. 1)

Для полного отжига термообрабатываемых сплавов, в том числе, сплава 6061, требуется от 2 до 3 часов при температуре их отжига в сочетании с медленным охлаждением. При сварке этого не происходит, и ЗТВ будет состоять из нескольких стадий растворения и разной степени осаждения в зависимости от термических условий, как показано на рис. 2. Степень размягчения ЗТВ весьма чувствительна к максимальной температуре. достигаемой в определенном месте, а также время при этой температуре [1].

Влияние условий сварки на прочность сварного шва сплава 6061 проказано в таблице 4.

Fig. 1 – Heat-Affected Zone in Welded Aluminium Joints [2]

Fig.  2 – Photomicrographs showing HAZ micrcstructurs of
a single-pass gas-metal arc weld on 6.35 mm (0.25 in.) thick 6061-T6 alloy.
Keller’s reagent used as etchant [1]

Table 4 – Effect of welding conditions on 6061 alloy weld strength [1]

Температура закалки

530 °С [1].

Искусственное старение

  • Катаные и тянутые изделия: 160 °С в течение 18 часов [1]
  • Прессованные или кованные изделия: 175 °С в течение 8 часов [1]

Модификации сплава 6061

Сплав 6061А

  • Содержание свинца не более 0,003 %

Сплав 6261

  • 0,2-0,35 % Mn
  • Прочнее сплава 6061 в состоянии Т6 на 15-20 МПа.

Press quenching (cooling)

Скорость охлаждения после экструзии должна быть достаточно высокой, чтобы сохранить Mg и Si в твердом растворе. В этом случае механические свойства будут максимальными за счет выделения частиц Mg2Si во время последующего старения (рисунок 3).

Скорость охлаждения определяется поперечным размером профиля и охлаждающей средой, такими как:

  • спокойный воздух
  • вентиляторы
  • водовоздушная смесь
  • вода.

На рис. 4 показано достаточное охлаждение для сплавов типа 6060, которое обычно достигается за счет использования охлаждения на спокойном воздухе или принудительного воздушного охлаждения, хотя для более высокопрочных, к которым относится сплав 6061, предпочтительным является охлаждение водовоздушной смесью или водой.  В таблице 5  показаны типичные скорости охлаждения, которые требуются для эффективной закалки профилей из сплавов серии 6000, в том числе, сплава 6061 [5]

 

Fig. 3 – Diagrammatic sketch of press heat treatment cycle for 6061 alloy [4]

Fig. 4- Schematic showing various cooling rates and areas for precipitation of coarse Mg2Si [5]

Table 5 – Recommended Quench Rates and Methods for Various 6000 Series Alloys [5]

Microstructures of aluminium alloy 6061

6ххх или алюминиево-магниево-кремниевые сплавы разработаны с учетом растворимости Mg2Si и, таким образом, дисперсионного упрочнения. При отсутствии марганца или хрома богатыми железом фазами являются Fe3SiAl12, Fe2Si2Al9 или их смесь, в зависимости от пропорций магния, кремния и железа (рис. 4–6). Марганец и хром стабилизируют (Fe,Mn,Cr)3SiAl12.

В разбавленных сплавах, таких как 6063, нагрев литой структуры до умеренных температур приводит к растворению всего Mg2Si. Более высоколегированный 6061 обычно имеет избыток Mg2Si при температуре растворения и при медленном охлаждении выпадает в осадок в форме Widdmanstatten. Некоторые из сплавов 6xxx, применяемых для обеспечения электропроводности, подвергаются перестариванию и при травлении имеют светлую полосу вдоль границ зерен, вызванную наличием зоны без выделений [1].

 

Fig. 4 – Allo.y 6061-F plate, 38 mm (1.5 in.) thick, as hot rolled (91% reduction).
Longitudinal section from center of plate thickness.
Particles are Fe3SiAll2 (groy, scriptlike) and MgzSi (block).
See also Fig. 5 and 6.
0.5% HF [1]


Fig. 5 – Some alloy and condition as Fig. 4,
but a longitudinal section from neat plate surface.
Particles of Fe3SiAl12 and Mg2Si are more broken
up and uniformly distributed than in Fig. 5 (midthickness)
See also Fig. 6.
0.5% HF [1]


Fig. 6 – Alloy 6061-F 6.4-mm (0.25-in.) sheet, hot rolled (reduced 98%);
midthickness longitudinal section.
Fe3SiAl12 and MgzSi particles more broken and dispersed than in Fig. 5.
Most Mg2Si will dissolve during solution treating.
0.5% HF [1]

 

Сплав 6061 в Еврокоде 9 (EN 1999-1-1)

Nable 5 – Условные обозначения [3]

 

  • The material properties given in this section are specified as characteristic values. They are based on the minimum values given in the relevant product standard (Table 6) [3]
  • Characteristic values of the proof strength f0 and the ultimate tensile strength fu for aluminium alloy 6061 for a range of tempers and thicknesses are given in Table 7 for sheet, strip and plate products; Table 8 for extruded rod/bar, extruded tube and extruded profiles and drawn tube [3].

Таблица 6 – Фрагмент таблицы 3.1а из EN 1999-1-1 для сплавов серии 6000 [3]

Таблица 7 – Фрагмент таблицы 3.2а из EN 1999-1-1 для сплава 6061 [3]

Таблица 8 –  Фрагмент таблицы  3.2.b  из  EN 1999-1-1 для сплава 6061 [3]

Источники:

  1. Aluminum and Aluminum Alloys, ed. J. R. Davis – 1996
  2. TALAT Lecture 4204 – Design Aspects
  3. EN 1999-1-1:2007  Eurocode 9: Design of aluminium structures – Part 1-1 : General structural rules
  4. Carl V. Lynch, Aluminum Extrusion Technology Seminar, Chicago, 1969
  5. BASIC METALLURGY: 6000 SERIES EXTRUSION ALLOYS