1樓：匿名使用者
6063鋁合金棒生產流程
(中國長城鋁業公司研究設計院 河南 鄭州 450041)
一．al-mg-si系合金的基本特點：
6063鋁合金的化學成份在gb/t5237-93標準中為0．2-0．6％的矽、0．45-0．9％的鎂、鐵的最高限量為0. 35％，其餘雜質元素(cu、mn、zr、cr等)均小於0．1％。這個成份範圍很寬，它還有很**擇餘地。
6063鋁合金是屬鋁-鎂-矽系列可熱處理強化型鋁合金，在al-mg-si組成的三元系中，沒有三元化合物，只有兩個二元化合物mg2si和mg2al3，以α(al)-mg2si偽二元截面為分界，構成兩個三元系，α(al)-mg2si-(si)和α(al)-mg2si-mg2al3，如圖
一、田二所示：
在al-mg-si系合金中，主要強化相是mg2si，合金在淬火時，固溶於基體中的mg2si越多，時效後的合金強度就越高，反之，則越低，如圖2所示，在α(al)-mg2si偽二元相圖上，共晶溫度為595℃，mg2si的最大溶解度是1．85％，在500℃時為1. 05％，由此可見，溫度對mg2si在al中的固溶度影響很大，淬火溫度越高，時效後的強度越高，反之，淬火溫度越低，時效後的強度就越低。有些鋁型材廠生產的型材化學成份合格，強度卻達不到要求，原因就是鋁捧加熱溫度不夠或外熱內冷，造成型材淬火溫度太低所致。
在al-mg-si合金系列中，強化相mg2si的鎂矽重量比為1．73，如果合金中有過剩的鎂(即mg：si＞1. 73)，鎂會降低mg2si在鋁中的固溶度，從而降低mg2si在合金中的強化效果。
如果合金中存在過剩的矽，即mg：si＜1．73，則矽對mg2si在鋁中的固溶度沒有影響，由此可見，要得到較高強度的合金，必須mg：si＜1．73。
二．合金成份的選擇
1．合金元素含量的選擇
6063合金成份有一個很寬的範圍，具體成份除了要考慮機械效能、加工效能外，還要考慮表面處理效能，即型材如何進行表面處理和要得到什麼樣的表面。例如，要生產磨砂料，mg/si應小一些為好，一般選擇在mg/si=1-1．3範圍，這是因為有較多相對過剩的si，有利於型材得到砂狀表面；若生產光亮材、著色材和電泳塗漆材，mg/si在1．5-1．7範圍為好，這是因為有較少過剩矽，型材抗蝕性好，容易得到光亮的表面。
另外，鋁型材的擠壓溫度一般選在480℃左右，因此，合金元素鎂矽總量應在1．0％左右，因為在500℃時，mg2si在鋁中的固溶度只有1．05％，過高的合金元素含量會導致在淬火時mg2si不能全部溶入基體，有較多的末溶解mg2si相，這些mg2si相對合金的強度沒有多少作用，反而會影響型材表面處理效能，給型材的氧化、著色(或塗漆)造成麻煩。
2．雜質元素的影響
①鐵，鐵是鋁合金中的主要雜質元素，在6063合金中，國家標準中規定不大於0．35，如果生產中用一級工業鋁錠，一般鐵含量可控制在0．25以下，但如果為了降低生產成本，大量使用**廢鋁或等外鋁，鐵就根容易超標。fe在鋁中的存在形態有兩種，一種是針狀(或稱片狀)結構的β相(al9fe2si2)，一種為粒狀結構的α相(al12fe3si)，不同的相結構，對鋁合金有不同的影響，片狀結構的β相要比粒狀結構α相破壞性大的多，β相可使鋁型材表面粗糙、機械效能、抗蝕效能變差，氧化後的型材表面發青，光澤下降，著色後得不到純正色調，因此，鐵含量必須加以控制。
為了減少鐵的有害影響可採取如下措施。
a)熔鍊、鑄造用所有工具在使用前塗涮塗料，儘可能減少鐵溶人鋁液。
b)細化晶粒，使鐵相變細，變小，減少其有害作用。
c)加入適量的鍶，使β相轉變成α相，減少其有害作用。
d)對廢雜料細心挑選，儘可能的減少鐵絲、鐵釘、鐵屑等雜物進入熔鋁爐造成鐵含量升高。
②其它雜質元素
其它雜質元素在電解鋁錠中都很少，遠遠低於國家標準，在使用**廢雜鋁時就可能超過標準；在生產中，不但要控制每個元素不能超標，而且要控制雜質元素總量也不能超標，當單個元素含量不超標，但總量超標時，這些雜質元素同樣對型材質量有很大影響。特別需要提出強調的是，實踐證明，鋅含量到0．05時(國標中不大於0．1)型材氧化後表面就出現白色斑點，因此鋅含量要控制到0．05以下。
三．6063鋁合金的熔鍊
1．控制好熔鍊溫度
鋁合金熔鍊是生產優質鑄棒的最重要工藝環節之一，若工藝控制不當，會在鑄捧中產生夾渣、氣孔，晶粒粗大，羽毛晶等多種鑄造缺陷，因此必須嚴加控制。
6063鋁合金的熔鍊溫度控制在750-760℃之間為佳，過低會增大夾渣的產生，過高會增大吸氫、氧化、氮化燒損。研究表明，鋁液中氫氣的溶解度在760℃以上急劇上升，當熱減少吸氫的途徑還有許多，如烘乾溶煉爐和熔鍊工具，防止使用熔劑受潮變質等。但熔鍊溫度是最敏感因素之一，過離的熔鍊溫度不但浪費能源，增加成本，而且是造成氣孔，晶粒粗大，羽毛晶等缺陷的直接成因。
2．選用優良的熔劑和適當的精煉工藝
熔劑是鋁合金熔鍊中使用的重要輔助材料，目前市場上所售熔劑中主要成份為氯化物，氟化物，其中氯化物吸水性強，容易受潮，因此，熔劑的生產中必須烘乾所用原料，徹底除去水份，包裝要密封，運輸、保管中要防止破損，還要注意生產日期，如保管日期過長，同樣會發生吸潮現象，在6063鋁合金的熔鍊中，使用的除渣劑、精煉劑、覆蓋劑等熔劑如果吸潮，都會使鋁液產生不同程度的吸氫。
選擇好的精煉劑，選擇合適的精練工藝也是非常重要的，目前6063鋁合金的精煉絕大多數採用噴粉精煉，這種精煉方法能使精煉劑與鋁液充分接觸，可使精煉劑發揮最大效能。雖然這個特點是顯而易見的，但是精煉工藝也必須注意，否則得不到應有效果，噴粉精煉中所用氮氣壓力以小為好，能滿足吹出粉劑為佳，精煉中如果使用的氮氣不是高純氯(99．99％n2)，吹入鋁液的氮氣越多，氟氣中的水份使鋁液產生的氧化和吸氫越多。另外，氟氣壓力高，侶液產生的翻卷波浪大，增大產生氧化夾渣的可能性。
如果精煉中使用的是高純氮，精煉壓力大，產生的氣泡大，大氣泡在鋁液中的浮力大，氣泡迅速上浮，在鋁液中的停留時間短，除氫效果並不好，浪費氮氣，增加成本。因此氮氣應少用，精煉劑應多用，多用精煉劑只有好處，沒有壞處。噴粉精煉的工藝要點是用儘可能少的氣體，噴進鋁液儘可能多的精煉劑。
3．晶粒細化
晶粒細化是鋁合金熔鑄中暈重要的工藝之一，也是解決氣孔、晶粒粗大、光亮晶、羽毛晶、裂紋等鑄造缺陷的最有效措施之一。在合金鑄造中，均是非平衡結晶，所有的雜質元素(當然也包括合金元素)絕大部分集中分佈在晶界，晶粒越小，晶介面積就越大，雜質元素(或合金元素)的均勻度就越高。對雜質元素而言，均勻度高，可減少它的有害作用，甚至將少量雜質元素的有害變為有益；對合金元素面言，均勻度高，可發揮合金元素更大的合金化艘能，達到充分利用資源的目的。
細化晶粒、增大晶介面積、增大元素均勻度的作用可通過下面的計算加以說明。
假設金屬塊1與2有同樣的體積v，均由立方體晶粒構成，金屬塊1的晶粒邊長為2a，2的邊長為a，那麼金屬塊1的晶介面積為：
金屬塊2的晶介面積為：
金屬塊2的晶介面積是金屬塊1的2倍。
由此可見合金晶粒直徑減小一倍，晶介面積就要增大—倍，晶界單位面積上的雜質元素將減少一倍。
在6063鋁合金的生產中，對磨砂料來說，由於要通過腐蝕使型材產生均勻砂面，那麼合金元素及雜質元素的均勻分佈就顯得尤為重要。晶粒越細，合金元素(雜質元素)的分佈越均勻，腐蝕後得到的砂面就越均勻。
四．6063鋁合金的澆鑄
1．選擇合理的澆鑄溫度
合理的澆鑄溫度也是生產出優質鋁棒的重要因素，溫度過低，易產生夾渣、針孔等鑄造缺陷。溫度過高，易產生晶粒粗大、羽毛晶等鑄造缺陷。
做了晶粒細化處理後的6063鋁合金液，鑄造溫度可適當提高，一般可控制在720-740℃之間，這是因為：①鋁液經晶粒細化處理後變粘，容易凝固結晶。②鋁棒在鑄造中結晶前沿有一個液固兩相過度帶，較高的鑄造溫度有較窄的過度帶，過度帶窄有利於結晶前沿排出的氣體逸出，當然溫度不可過高，過高的鑄造溫度會縮短晶粒細化劑的有效時間，使晶粒變得相對較大。
2．有條件時，充分預熱，烘乾流槽、分流盤等澆鑄系統，防止水分與鋁液反應造成吸氫。
3．鑄造中，儘可能的避免鋁液的紊流和翻卷，不要輕易用工具攪動流槽及分流盤中的鋁液，讓鋁液在表面氧化膜的保護下平穩流人結晶器結晶，這是因為工具攪動鋁液和液流翻卷都會使鋁液表面氧化膜破裂，造成新的氧化，同時將氧化膜捲入鋁液。經研究表明，氧化膜有極強的吸附能力，它含有2％的水份，當氧化膜捲入鋁液後，氧化膜中的水份與鋁液反應，造成吸氫和夾渣。
4．對鋁液進行過濾，過濾是除去鋁液中非金屬夾渣最有效的方法，在6063鋁合金的鑄造中，一般用多層玻璃絲布過濾或陶瓷過濾板過濾，無論是採取何種過濾方法，為了保證鋁液能正常的過濾，鋁液在過濾前應除去表面浮渣，因為表面浮渣易堵塞過濾材料的過濾網孔，使過濾不能正常進行，除去鋁液表面浮渣的最簡單方法是在流槽中設定一擋渣板，使鋁液在過濾前除去浮渣。
五．6063鋁合金的均化處理
1．非平衡結晶
如圖三所示，是由a、b兩種元素構成的二元相圖的一部分，成份為f的合金凝固結晶，當溫度下降到t1時，固相平衡成份應為g，實際成份為g』，這是因為在鑄造生產中，冷卻凝固速度快，合金元素的擴散速度小於結晶速度，即固相成份不是按cd變化，而是按cd』變化，從而產生了晶粒內化學成份的不平衡現象，造成了非平衡結晶。
2．非平衡結晶產生的問題
鑄造生產出的鋁合金棒其內部組織存在兩方面的問題：①晶粒間存在鑄造應力；②非平衡結晶引起的晶粒內化學成份的不平衡。由於這兩個問題的存在，會使擠壓變得困難，同時，擠壓出的產品在機械效能、表面處理效能方面都有所下降。
因此，鋁棒在擠壓前必須進行均勻化處理，消除鑄造應力和晶粒內化學成份不平衡。
3．均勻化處理
均勻化處理就是鋁棒在高溫(低於過燒溫度)下通過保溫，消除鑄造應力和晶粒內化學成份不平衡的熱處理。al-mg-si系列的合金過燒溫度應該是595℃，但由於雜質元素的存在，實際的6063鋁合金不是三元系，而是一個多元系，因此，實際的過燒溫度要比595℃低一些，6063鋁合金的均勻化溫度可選在530-550℃之間，溫度高，可縮短保溫時間，節約能源，提高爐子的生產率。
4．晶粒大小對均勻化處理的影響
由於固體原子之間的結合力很大，均勻化處理是在高溫下合金元素從晶界(或邊沿)擴散到晶內的過程，這個過程是很慢的。容易理解，粗大晶粒的均化時間要比細晶粒的均勻化時間長得多，因而晶粒越細，均勻化時間就越短。
5．均勻化處理的節能措施
均勻化處理需要在高溫下通過較長時間保溫，對能源需求大，處理成本高，因此，目前絕大多數型材廠對鋁棒未進行均勻化處理。其最重要的原因就是均勻化處理需要較高成本所致。降低均勻化處理成本的主要措施有：
①細化晶粒
細化晶粒可有效的縮短保溫時間，晶粒越細越好。
②加長鋁棒加熱爐，按均勻化和擠壓溫度分段控制，滿足不同工藝要求。這一工藝主要好處是：
a)不增加均勻化處理爐。
b)充分利用鋁捧均勻化後的熱能，避免擠壓時再次加熱鋁棒。
c)鋁捧加熱保溫時間長，內外溫度均勻，有利於擠壓和隨後的熱處理。
綜上所述，生產出優質6063鋁合金鑄棒，首先是根據生產的型材選擇合理的成分，其次是嚴格控制熔鍊溫度、澆鑄溫度，做好晶粒細化處理、合金液的精煉、過濾等工藝措施，細心操作，避免氧化膜的破裂與捲入。最後，對鋁棒進行均勻化處理，這樣就可生產出優質鋁棒，為生產優質型材提供一個可靠的物質基礎。
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