6061铝合金的动态拉伸性能及其本构模型
6061铝合金的动态拉伸性能及其本构模型
刘军1,2 ,杨黎明1 ,谢书港2 ,吴昊2 ,张赛2 ,黄亚烽2 ,程国阳1,2 ,孟 宪明2
【摘要】在0.08 J 35 , 110,210 , 550 S-I的应变速率下对6061铝合金进 行单轴拉伸试验，对其动态拉伸性能进行研究,得到不同应变速率下的真应力- 真应变曲线；基于JOhnSOn-COOk本构模型,建立该铝合金的塑性变形本构模 型，并对该模型进行了验证。结果表明：随看应变速率增加Z 6061铝合金的屈 服强度增大，断后伸长率降但其断裂强度则未发生明显变化；建立的本构 模型能够很好地描述6061铝合金在塑性变形过程中流变应力的变化。
【期刊名称】机械工程材料
【年(卷),期】2017(041)003
【总页数】5
【关键词】铝合金；应变速率；JohnSOn-COOk本构模型;高速拉伸
0引言
随看车身结构轻量化技术的发展，对车用材料的要求也越来越高，既要减轻其 质量使车辆更加节能环保,又要増加其强度以保证乘车人员的安全。将轻质材 料应用在车身结构上已成为汽车轻量化进程中的重中之重［1］。铝合金是可用于 车身结构的热门轻质材料,它不仅具有密度低、比强度和比刚度高的特性，而 且还具有良好的尺寸稳定性和机械加工性,用它代替一些结构钢，能够大幅减 轻车重⑵。
用于车身结构件的材料,必须要考虑车身在碰撞过程中的抗冲击性以及承受冲 击载荷的能力。相关学者在大量研究后发现［3］,铝合金在动态冲击载荷作用下
6061铝合金
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。
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
6061铝的机械性能
6061铝的机械性能
6061铝是一种轻质高强、耐腐蚀、无磁性、良好的热稳定性和加工性能的材料。6061铝有很好的综合性能，在金属中是最好的合金之一，同时具有优良的延展性、导热性和抗蠕变性能。铝合金具有良好的机械性能。
加工性状：1.冷加工时在室温下, Al (OH)2-0.01%-0.05%,
Ni0.15%-0.25%2, Ni-1.5% Pb0.04%;热处理后室温下能保持20°C以上,H2O含量在9.5%~10.0%; Zn (OH)1.2 mol/L; Al0.1%~1.0% Be0.4
mg. mol; Zr0.5 mg等含10%以上（或60%)。使用温度:120° C~280°
C;室温下，温度一般在230℃~2700℃;3 h和30 h时可继续加热至470~550℃。氧化后保持良好的物理和化学性能。2. Al (OH)4:6061合金具有良好的焊接性，且可以将其熔化并作为母材继续使用，以减少变形或提高其硬度。3.Fe2O3-氧化铝基合金是一种高铝的复合材料。由于该合金有很好的强度和优良腐蚀性能，因此可以被用来制造成各种形状和用途之各类结构件（例如建筑构件、门窗框、船体等）。近年来应用在汽车工业上越来越多有铝挤压型材应用在车体上。6061铝具有良好的可塑性，可以用做零部件和建筑构件。合金特点：耐腐蚀能力强，但较脆，使用中易破碎；力学性能优异的铝合金具有优良的热稳定性，特别是焊接时热稳定性好，高温脆性和热脆性较小而保持良好状态；可制成各种形状和尺寸。 一、耐腐蚀性
6061铝为含碳量较高的合金，但其化学稳定性较高，除具有一般铝的化学成分外，还具有优良的耐腐蚀性能，可加工成各种零件。1铝合金的腐蚀主要是由阳离子溶液与氧气的作用，氧化铝的阳极在氧化过程中生成 MnO, MnO和 N,而氧化铝又是氧化的络合物，因此使阳极与阴极之间有一个钝化膜来阻止离子（或电子）直接渗透到电解质溶液中去，从而阻止阳极与电解质之间的界面腐蚀。氧化后的阳极上含有羟基，它将氧化铝包围着，起到阻止铝扩散出去，阻止腐蚀介质接触到氧化膜上的作用。因而保护了氧化膜使电解质被氧化而失去它的性能、氧化力和对铝材的腐蚀能力都得到了改善。腐蚀速率与氧化速率成正比，但随氧化程度的增大而降低其耐蚀性程度，但当氧化时间长时，其耐蚀性反而下降，在阴极上可降低到原氧化速度的1/3~1/2,这是因为氧化时氧化膜变薄而失效；氧化速度过快则影响其耐腐蚀性，同时使合金氧化变质加重.此时形成新的腐蚀产物而降低其性能。因此其必须加入保护金属进行保护工艺以延长其使用寿命和降低成本。使用寿命一般在40~50年间（平均50年左右）。使用时不能与酸碱接触，其腐蚀性相当于一般金属与氧化铝相容性较好，但其在水中极易产生沉淀和絮凝，不易清洗或损坏。因此不能长时间在水中浸泡、盐浴、热溶液中工作；也不能长时间地暴露于室外，否则易被腐蚀造成损坏；但是也不能使氧化膜受到腐蚀，使部件老化变性和降低其使用寿命。因此一般铝材是不耐腐蚀的，因为铝不具备耐腐蚀性能，不能用在水、酸侵蚀及腐蚀环境中使用。但是经氧化膜处理过的6061铝合金仍然具有良好的耐腐蚀性，但要降低腐蚀速率，可选用比其钢更高强度和更耐腐蚀性的材料替代钢材制作材料，其强度较高，可制作成较大块的压铸模具。
6061铝合金 2
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
6061铝合金t4参数
6061铝合金是一种常用的高强度、耐腐蚀性、易加工性的铝合金。它由镁、硅、铜、锰等合金元素组成，具有良好的机械性能和可焊性。本文将详细介绍6061铝合金T4状态下的参数。
1. 化学成分：
6061铝合金T4状态下的化学成分如下：
硅Si: 0.4%-0.8%
铁Fe: 0.7%
铜Cu: 0.15%-0.4%
锰Mn: 0.15%
镁Mg: 0.8%-1.2%
锌Zn: 0.25%
钛Ti: 0.15%
铬Cr: 0.04%-0.35%
其余为铝Al。
2. 机械性能：
6061铝合金T4状态下的机械性能如下：
抗拉强度σb：≥180MPa
屈服强度σ0.2：≥110MPa
伸长率δ5：≥16%
硬度：≤95HB
3. 物理性能：
6061铝合金T4状态下的物理性能如下：
密度ρ: 2.70g/cm³
热膨胀系数α: 23.6×10^-6/℃
导热系数λ: 170W/(m·K)
比热Cp: 900J/(kg·K)
电导率σ: 47.5MS/m
4. 焊接性能：
6061铝合金T4状态下的焊接性能如下：
可用气体保护焊、手工电弧焊和搅拌摩擦焊等方法进行焊接。
焊接前需要注意清洁表面、预热、控制热输入量等。
焊接后需要进行热处理，以消除残余应力及提高强度。
5. 加工性能：
6061铝合金T4状态下的加工性能如下：
易于冷加工，可采用模压、拉伸、深冲等加工方法。
难于热加工，需采用专业的热加工设备进行处理。
易于钻孔、切削、车削等机械加工。
总之，6061铝合金T4状态下的化学成分、机械性能、物理性能、焊接性能和加工性能都具有一定的特点和规律。了解这些参数对于正确选择和应用6061铝合金材料具有非常重要的意义。同时，为了确保使用安全和质量稳定，建议在生产过程中严格按照相关标准进行操作。
6061铝合金性能及介绍
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。
6061铝合金化学成分（GB/T 3190-2008）
元素 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
含量% 0.4~0.8 0.7 0.15~0.40 0.15 0.8~1.2 0.04~0.35 0.25 0.15 余量
6061铝合金板带材厚度及力学性能（GB/T 3380-2006）
供应状态 试样状态 厚度
mm 抗拉强度Rm/MPa 断后伸长率
%
0
退火态 0 0.4~1.5
≤150 14
1.5~3.0 16
3.6~6.0 19
6.0~12.5 16
12.5~25 16
T42 0.4~1.5
205 12
1.5~3.0 14
3.6~6.0 16
6.0~12.5 18
12.5~40 15
T62 0.4~1.5
290 6
1.5~3.0 7
3.6~6.0 10
6.0~12.5 9
12.5~40 8
T4 T4 0.4~1.5 205 12 固溶处理后自然时效 1.5~3.0 14
3.6~6.0 16
6.0~12.5 18
T6
固溶处理后人工时效 T6 0.4~1.5
290 6
1.5~3.0
7
3.6~6.0 10
6.0~12.5 9
F
自由加工态 F 2.5~150 --- ---
6061铝合金棒材尺寸及力学性能(GB/T 3191-2010)
6061锻造铝合金强度
6061铝合金是一种可热处理强化的中高强度铝合金，它的强度因素主要包括以下几个方面：
1. 屈服强度：屈服强度是指材料在拉伸或压缩过程中开始发生塑性变形时的应力水平。6061铝合金的屈服强度通常为276MPa。
2. 抗拉强度：抗拉强度是指材料在拉力作用下发生断裂之前所能承受的最大拉应力。6061铝合金的抗拉强度通常为310MPa。
3. 弹性模量：弹性模量是指材料在弹性变形范围内的应力和应变之间的比例关系。6061铝合金的弹性模量通常为69GPa。
此外，多向锻造工艺能强列细化晶粒，有效改善材料力学性能。随着变形道次的增加，6061铝合金材料内部晶粒细化程度和组织均匀性不断增大，力学性能进一步提高，但2道次后增幅逐渐减小。经4道次多向锻造后，材料硬度和强度明显提高，显微硬度与抗拉强度分别为861HV与223MPa相比于初始铸态，增幅分别为140.5%和102.7%。
6061铝合金 3
6061铝合金
以6061位代表的6000系列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。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、家具等。
其主要化学成份为：
Cu0.15-0.4-,Si0.4-0.8,Fe0.7-,Mn0.15-,Mg0.8-1.2-,Zn0.25-,Cr0.04-0.35-,Ti0.15-,
他们是四位数字表示的以镁和硅为主要合金元素并以Mg2Si相为强化相的铝合金。
第一位是数字，用以区分组别。
后两位用于区分同一组别系列内的材料牌号，没有特殊意义。
四位数字体系和四位字符体系牌号第一个数字表示铝及铝合金的类别，其含义如下：
1）1XXX系列 工业纯铝；
2）2XXX系列Al-Cu、Al-Cu-Mn合金，；
3）3XXX系列 Al-Mn、可加工纯铝；
4）4XXX系列 Al-Si合金；
5）5XXX系列 Al-Mg合金；
6）6XXX系列 Al-Mg-Si合金；
杭州港昌6061铝板
7）7XXX系列 Al-Zn-Mg-Cu合金；
8）8XXX系列 其它。
6061 合金铝
简介
属热处理可强化合金，具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性和，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。
6061合金强度
6061合金强度
6061合金是一种常见的铝合金，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑和工程等领域。这种合金具有较高的强度特性，以下将对其强度进行详细介绍。
6061合金具有良好的机械性能。它的拉伸强度通常在240MPa至290MPa之间，屈服强度在110MPa至240MPa之间，屈服伸长率可达到8%至16%。这些机械性能使得6061合金在各种应用中具有足够的强度应对外力的挑战。
6061合金的高强度源于其合金成分的优势。该合金以铝为基础，添加了少量的镁和硅元素。镁的加入可以有效增加合金的强度，硅则有助于提高合金的可加工性和耐腐蚀性。此外，还通过采用热处理技术，如时效硬化，进一步增强了合金的强度。
6061合金的强度与其晶体结构有关。该合金采用T6热处理工艺，使其晶体结构中形成了细小的耐蚀粒子。这种细小粒子的存在可以有效阻碍晶体的滑移和扩散，从而提高合金的抗变形和抗疲劳性能。 6061合金还具有良好的焊接性能。它可以通过常规焊接方法，如氩弧焊、电阻焊等，进行焊接。焊接后的接头具有较高的强度，焊缝也具有良好的耐腐蚀性。这使得6061合金在工程和制造领域中成为热门选择。
需要注意的是，尽管6061合金具有较高的强度，但在实际应用中仍需根据具体情况进行设计和选择。合金的其他性能也需要综合考虑，如耐蚀性、可加工性、成本等。对于不同的应用场景，可能需要根据需求调整合金的成分和热处理工艺，以获得最佳的性能和强度。
总的来说，6061合金以其良好的机械性能、优越的合金成分和晶体结构，以及良好的焊接性能而闻名。其强度在一定程度上可以满足各种应用的要求，并在航空航天、汽车制造、建筑和工程等领域得到广泛应用。
6061铝合金FSW焊接接头组织和力学性能分析
6061铝合金FSW焊接接头组织和力学性能分析
目录
1. 内容综述................................................2
1.1 研究背景.............................................3
1.2 研究目的和意义.......................................3
1.3 国内外研究概况.......................................4
2. 6061铝合金FSW焊接技术概述...............................6
2.1 FSW焊接原理..........................................7
2.2 FSW焊接工艺参数选择..................................9
2.3 FSW焊接优势与挑战...................................10
3. 6061铝合金FSW焊接接头组织分析..........................12
3.1 微观结构观察方法....................................13
3.2 FSW接头晶粒细化效果.................................14
3.3 相变现象分析........................................15
3.4 热影响区组织特征....................................17 4. 6061铝合金FSW焊接接头力学性能测试......................18
4.1 力学性能测试方法....................................20
6061热处理后铝合金抗拉强度和屈服强度延伸率
6061热处理后铝合金抗拉强度和屈服强度延伸率
6061铝合金是一种常用的热处理铝合金，具有优异的机械性能和可加工性，被广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶制造等领域。其抗拉强度、屈服强度和延伸率是衡量其机械性能的重要指标。
热处理是通过控制合金的组织和晶粒尺寸来改善其力学性能。对于6061铝合金，经过适当的热处理，可以实现显著提高其抗拉强度、屈服强度和延伸率的目标。
首先，6061铝合金的抗拉强度在热处理过程中会得到明显提高。一般来说，采用适当的热处理工艺，如固溶处理和时效处理，可以使6061铝合金的抗拉强度达到约230-310 MPa。其中，固溶处理是通过加热合金至固溶温度，然后快速冷却，使合金中的溶质原子均匀固溶于基体中，改善合金的强度。时效处理是在固溶处理后，通过加热至适当的温度，然后保温一定时间，再进行冷却，使合金的强度进一步提高。通过热处理，6061铝合金的晶界强化和析出硬化可以得到优化，提高了其抗拉强度。
另外，6061铝合金的屈服强度也会随着热处理的进行而增加。屈服强度是指材料在受力时开始出现塑性变形的能力。通过适当的热处理工艺，如合金的固溶和时效处理，可以使6061铝合金的屈服强度达到约210-260 MPa。热处理能够有效控制合金中的晶界分布和析出相的形成，增加了合金的位错密度和位错运动的阻力，从而提高了合金的屈服强度。
此外，6061铝合金的延伸率也会在热处理过程中发生一定的变化。延伸率是指材料在拉伸过程中能够承受的塑性变形程度。一般来说，经过适当的热处理，如固溶处理和时效处理，可以使6061铝合金的延伸率在12-20%之间。通过热处理，合金的晶界和晶粒尺寸得到优化，有利于位错的滑移和材料的塑性变形，从而提高了6061铝合金的延伸率。
总体而言，6061铝合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率与热处理工艺密切相关。采用适当的热处理方法，可以显著提高6061铝合金的机械性能，使其在各种应用领域具备更好的性能和可加工性。