24 8 月 常見的鋁合金熱處理標示 Aluminum Tempers
Posted at 17:00h
in 常見問題
當收到國外客戶的鋁擠型與加工設計圖面時，標註欄常出現 6061-T4、6061-T6 或 6061-T651 等字樣。這些看似複雜的字母與數字組合到底代表什麼意思？
這些標示為鋁合金的「狀態代號（Temper Designation）」，用來明確規範材料經歷過何種熱處理與加工程序，直接決定了材料的機械強度、延展性、硬度及加工穩定性。
一、 鋁合金 basic 基礎狀態代號（F, O, H, W, T）
鋁合金狀態基本分為五大類，標示於合金牌號（如 6061）之後：
| 代號 | 名稱 | 詳細說明與特徵 |
|---|---|---|
| F | 自由加工狀態 (As Fabricated) | 適用於成型過程（熱加工或冷加工）中對熱處理或加工硬化無特殊要求的產品，不對機械性能做限定。 |
| O | 退火狀態 (Annealed) | 經完全退火獲得最低強度水平的鍛製品，具備極佳的延展性與尺寸穩定性，便於深沖或複雜彎曲加工。 |
| H | 加工硬化狀態 (Strain Hardened) | 適用於通過冷加工提高強度的產品（常見於不可熱處理強化的鋁合金，如 3003、5052 等）。 |
| W | 固溶熱處理狀態 | 僅經固溶熱處理後的自然時效不穩定狀態（如 W 1/2 hr），僅表示產品處於自然時效階段中。 |
| T | 熱處理狀態 (Thermally Treated) | 適用於經熱處理產生穩定狀態的產品（不同於 F、O 或 H）。常見於熱處理強化型鋁合金（如 6000系、7000系）。 |
二、 熱處理 T 狀態細分（T0 ～ T10）
在字母 T 後面添加 1～2 位數字（TX 狀態），代表具體的熱處理工藝流程：
| 代號 | 熱處理與加工流程 | 主要適用特性與產品 |
|---|---|---|
| T1 | 高溫成型過程冷卻 + 自然時效 | 由擠型等高溫過程冷卻後，不再進冷加工，自然時效至基本穩定。 |
| T2 | 高溫成型過程冷卻 + 冷加工 + 自然時效 | 高溫成型後經冷加工（或矯直矯平）以提高強度，再自然時效。 |
| T3 | 固溶熱處理 + 冷加工 + 自然時效 | 固溶熱處理後進行冷加工以提升強度，再進行自然時效。 |
| T4 | 固溶熱處理 + 自然時效 | 固溶熱處理後不再進行冷加工，直接自然時效至穩定狀態。強度中等、成型性佳。 |
| T5 | 高溫成型過程冷卻 + 人工時效 | 由擠壓高溫冷卻（如風冷）後直接進行人工時效（烘烤硬化）。常用於 6063 等鋁擠型。 |
| T6 | 固溶熱處理（淬火） + 人工時效 | 經完整的固溶水淬後進行人工時效，可獲得該合金極高的機械強度。 |
| T7 | 固溶熱處理 + 人工過時效 (Overaged) | 人工時效超越最高硬度峰點，犧牲少許強度以換取極佳的抗應力腐蝕裂紋 (SCC) 能力。 |
| T8 | 固溶熱處理 + 冷加工 + 人工時效 | 固溶熱處理後冷加工提高強度，再進行人工時效。 |
| T9 | 固溶熱處理 + 人工時效 + 冷加工 | 人工時效完成後再進行冷加工變形，大幅提升硬度與強度。 |
| T10 | 高溫成型冷卻 + 冷加工 + 人工時效 | 由高溫冷卻後冷加工提升強度，最後進行人工時效。 |
三、 特殊與進階 T代號（TXX / TXXX）
當 T 代號後有兩位或三位數字時，代表針對產品特殊性能（如特定力學強度或耐腐蝕性）進行特別調校：
| 特殊代號 | 說明與應用場景 |
|---|---|
| T42 / T62 | 適用於自 O 或 F 狀態重新進行固溶熱處理，並分別達到 T4 或 T6 強度指標的產品。 |
| T73 / T74 / T76 | 專門優化抗剝落腐蝕與抗應力腐蝕的狀態（常見於 7000系 航空鋁材）。強度順序為 T76 > T74 > T73，但抗腐蝕性能則以 T73 最優。 |
| T81 / T87 | 固溶熱處理後，分別進行約 1% (T81) 或 7% (T87) 的冷加工拉伸變形後，再進行人工時效。 |
四、 消除殘餘應力狀態代號（TX51 / TX510 / TX511 / TX52）
金屬材料在淬火後內部會產生極大的殘餘應力，若直接進行 CNC 大量銑削加工，材料會發生嚴重的彎曲與變形。為了消除內應力，會在 T 代號後加上特定數字：
| 消除應力代號 | 消除應力方式 | 永久變形量與矯直規範 |
|---|---|---|
| TX51 / TXX51 | 預拉伸 (Stretching) | 厚板永久變形量為 1.5%~3%；棒材與鍛件為 1%~3%。拉伸消除應力後不再進行矯直。 |
| TX510 | 預拉伸 (Stretching) | 適用於擠型棒材、型材與管材（1%~3% 變形量），拉伸後不再進行矯直。 |
| TX511 | 預拉伸 (Stretching) | 適用於擠型棒材、型材與管材，拉伸後允許微略矯直以符合尺寸公差要求。 |
| TX52 / TXX52 | 預壓縮 (Compressing) | 通過壓縮消除應力，產生 1%~5% 的永久變形量。 |
| TX54 / TXX54 | 冷整形 (Cold Finishing) | 適用於在終鍛模內通過冷整形來消除應力的模鍛件。 |
五、 精選解析：6061 鋁合金與 T6 vs T651 差異比較
關鍵工程解答：6061-T6 與 6061-T651 有何不同？
1. 殘餘應力差異：
- 6061-T6：經固溶淬火+人工時效。強度極高，但材料內部保留顯著的淬火內應力。在進行挖空、單邊切削或精密 CNC 加工時，內應力釋放會導致工件彎曲變形。
- 6061-T651：在 T6 的基礎上，於淬火後、人工时效前進行了 1.5%~3% 的機械預拉伸。此步驟釋放了絕大部分內應力，是精密加工、CNC 銑削治具與模具首選的極佳狀態。
6061 合金特性與元素作用：
6061 屬於 Al-Mg-Si（鋁-鎂-矽）系熱處理強化鋁合金：
- Mg (鎂) 與 Si (矽)： 形成主要強化相 Mg₂Si，賦予合金優良的人工時效硬化能力與中高強度。
- Cu (銅)： 少量添加可提高強度，同時保持良好的抗腐蝕性。
- Cr (鉻) 與 Mn (錳)： 中和鐵 (Fe) 雜質的負面影響，細化晶粒並控制再結晶組織。
- 淬火敏感性與擠型特性： 相較於 6063 合金，6061 的強度更高，但淬火敏感性也較高。擠壓出口後通常無法僅靠風冷（風淬）達到要求，需要重新進行固溶熱處理與水淬，再經人工時效才能達到理想強度。