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6063铝合金棒生产流程

2019-03-08   
(中国长城铝业公司研讨设计院  河南  郑州  450041)    一.Al-Mg-Si系合金的根本特色:    6063铝合金的化学成份在GB/T5237-93标准中为0.2-0.6%的硅、0.45-0.9%的镁、铁的最高定量为0. 35%,其他杂质元素(Cu、Mn、Zr、Cr等)均小于0.1%。这个成份规模很宽,它还有很大挑选地步。    6063铝合金是属铝-镁-硅系列可热处理强化型铝合金,在AL-Mg-Si组成的三元系中,没有三元化合物,只要两个二元化合物Mg2Si和Mg2Al3,以α(Al)-Mg2Si伪二元截面为分界,构成两个三元系,α(Al)-Mg2Si-(Si)和α(Al)-Mg2Si-Mg2Al3,如图一、田二所示:    在Al-Mg-Si系合金中,首要强化相是Mg2Si,合金在淬火时,固溶于基体中的Mg2Si越多,时效后的合金强度就越高,反之,则越低,如图2所示,在α(Al)-Mg2Si伪二元相图上,共晶温度为595℃,Mg2Si的最大溶解度是1.85%,在500℃时为1. 05%,由此可见,温度对Mg2Si在Al中的固溶度影响很大,淬火温度越高,时效后的强度越高,反之,淬火温度越低,时效后的强度就越低。有些铝型材厂出产的型材化学成份合格,强度却达不到要求,原因就是铝捧加热温度不行或外热内冷,形成型材淬火温度太低所形成的。    在Al-Mg-Si合金系列中,强化相Mg2Si的镁硅分量比为1.73,假如合金中有过剩的镁(即Mg:Si>1. 73),镁会下降Mg2Si在铝中的固溶度,然后下降Mg2Si在合金中的强化效果。假如合金中存在过剩的硅,即Mg:Si<1.73,则硅对Mg2Si在铝中的固溶度没有影响,由此可见,要得到较高强度的合金,有必要Mg:Si<1.73。    二.合金成份的挑选    1.合金元素含量的挑选    6063合金成份有一个很宽的规模,详细成份除了要考虑机械功能、加工功能外,还要考虑表面处理功能,即型材怎么进行表面处理和要得到什么样的表面。例如,要出产磨砂料,Mg/Si应小一些为好,一般挑选在Mg/Si=1-1.3规模,这是因为有较多相对过剩的Si,有利于型材得到砂状表面;若出产亮光材、上色材和电泳涂漆材,Mg/Si在1.5-1.7规模为好,这是因为有较少过剩硅,型材抗蚀性好,简略得到亮光的表面。    别的,铝型材的揉捏温度一般选在480℃左右,因而,合金元素镁硅总量应在1.0%左右,因为在500℃时,Mg2Si在铝中的固溶度只要1.05%,过高的合金元素含量会导致在淬火时Mg2Si不能悉数溶入基体,有较多的末溶解Mg2Si相,这些Mg2Si相对合金的强度没有多少效果,反而会影响型材表面处理功能,给型材的氧化、上色(或涂漆)形成费事。    2.杂质元素的影响    ①铁,铁是铝合金中的首要杂质元素,在6063合金中,国家标准中规则不大于0.35,假如出产顶用一级工业铝锭,一般铁含量可操控在0.25以下,但假如为了下降出产本钱,很多运用收回废铝或等外铝,铁就根简略超支。Fe在铝中的存在形状有两种,一种是针状(或称片状)结构的β相(Al9Fe2Si2),一种为粒状结构的α相(Al12Fe3Si),不同的相结构,对铝合金有不同的影响,片状结构的β相要比粒状结构α相破坏性大的多,β相可使铝型材表面粗糙、机械功能、抗蚀功能变差,氧化后的型材表面发青,光泽下降,上色后得不到纯粹色彩,因而,铁含量有必要加以操控。    为了削减铁的有害影响可采纳如下办法。    a)熔炼、铸造用一切东西在运用前涂涮涂料,尽或许削减铁溶人铝液。    b)细化晶粒,使铁相变细,变小,削减其有害效果。    c)参加适量的,使β相转变成α相,削减其有害效果。    d)对废杂料仔细挑选,尽或许的削减铁丝、铁钉、铁屑等杂物进入熔铝炉形成铁含量升高。    ②其它杂质元素其它杂质元素在电解铝锭中都很少,远远低于国家标准,在运用收回废杂铝时就或许超越标准;在出产中,不光要操控每个元素不能超支,并且要操控杂质元素总量也不能超支,当单个元素含量不超支,但总量超支时,这些杂质元素相同对型材质量有很大影响。特别需求提出着重的是,实践证明,锌含量到0.05时(国标中不大于0.1)型材氧化后表面就呈现白色斑驳,因而锌含量要操控到0.05以下。    三.6063铝合金的熔炼    1.操控好熔炼温度    铝合金熔炼是出产优质铸棒的最重要工艺环节之一,若工艺操控不妥,会在铸捧中发作夹渣、气孔,晶粒粗大,茸毛晶等多种铸造缺点,因而有必要严加操控。    6063铝合金的熔炼温度操控在750-760℃之间为佳,过低会增大夹渣的发作,过高会增大吸氢、氧化、氮化烧损。研讨标明,铝液中的溶解度在760℃以上急剧上升,当热削减吸氢的途径还有许多,如烘干溶炼炉和熔炼东西,防止运用熔剂受潮蜕变等。但熔炼温度是最灵敏要素之一,过离的熔炼温度不光糟蹋动力,添加本钱,并且是形成气孔,晶粒粗大,茸毛晶等缺点的直接成因。    2.选用优秀的熔剂和恰当的精粹工艺    熔剂是铝合金熔炼中运用的重要辅助材料,现在市场上所售熔剂中首要成份为氯化物,氟化物,其间氯化物吸水性强,简略受潮,因而,熔剂的出产中有必要烘干所用质料,完全除掉水份,包装要密封,运送、保管中要防止破损,还要留意出产日期,如保管日期过长,相同会发作吸潮现象,在6063铝合金的熔炼中,运用的除渣剂、精粹剂、掩盖剂等熔剂假如吸潮,都会使铝液发作不同程度的吸氢。    挑选好的精粹剂,挑选适宜的精练工艺也对错常重要的,现在6063铝合金的精粹绝大多数选用喷粉精粹,这种精粹办法能使精粹剂与铝液充沛触摸,可使精粹剂发挥最大效能。尽管这个特色是清楚明了的,可是精粹工艺也有必要留意,不然得不到应有用果,喷粉精粹中所用氮气压力以小为好,能满意吹出粉剂为佳,精粹中假如运用的氮气不是高纯氯(99.99%N2),吹入铝液的氮气越多,氟气中的水份使铝液发作的氧化和吸氢越多。别的,氟气压力高,侣液发作的翻卷波涛大,增大发作氧化夹渣的或许性。假如精粹中运用的是高纯氮,精粹压力大,发作的气泡大,大气泡在铝液中的浮力大,气泡敏捷上浮,在铝液中的逗留时刻短,除氢效果并不好,糟蹋氮气,添加本钱。因而氮气应少用,精粹剂应多用,多用精粹剂只要优点,没有害处。喷粉精粹的工艺关键是竭尽或许少的气体,喷进铝液尽或许多的精粹剂。    3.晶粒细化    晶粒细化是铝合金熔铸中晕重要的工艺之一,也是处理气孔、晶粒粗大、亮光晶、茸毛晶、裂纹等铸造缺点的最有用办法之一。在合金铸造中,均对错平衡结晶,一切的杂质元素(当然也包含合金元素)绝大部分会集散布在晶界,晶粒越小,晶界面积就越大,杂质元素(或合金元素)的均匀度就越高。对杂质元素而言,均匀度高,可削减它的有害效果,乃至将少数杂质元素的有害变为有利;对合金元素面言,均匀度高,可发挥合金元素更大的合金化艘能,到达充沛利用资源的意图。    细化晶粒、增大晶界面积、增大元素均匀度的效果可经过下面的核算加以阐明。    假定金属块1与2有相同的体积V,均由立方体晶粒构成,金属块1的晶粒边长为2a,2的边长为a,那么金属块1的晶界面积为:    金属块2的晶界面积为:    金属块2的晶界面积是金属块1的2倍。    由此可见合金晶粒直径减小一倍,晶界面积就要增大—倍,晶界单位面积上的杂质元素将削减一倍。    在6063铝合金的出产中,对磨砂料来说,因为要经过腐蚀使型材发作均匀砂面,那么合金元素及杂质元素的均匀散布就显得尤为重要。晶粒越细,合金元素(杂质元素)的散布越均匀,腐蚀后得到的砂面就越均匀。    四.6063铝合金的浇铸    1.挑选合理的浇铸温度    合理的浇铸温度也是出产出优质铝棒的重要要素,温度过低,易发作夹渣、针孔等铸造缺点。温度过高,易发作晶粒粗大、茸毛晶等铸造缺点。    做了晶粒细化处理后的6063铝合金液,铸造温度可恰当进步,一般可操控在720-740℃之间,这是因为:①铝液经晶粒细化处理后变粘,简略凝结结晶。②铝棒在铸造中结晶前沿有一个液固两相过度带,较高的铸造温度有较窄的过度带,过度带窄有利于结晶前沿排出的气体逸出,当然温度不行过高,过高的铸造温度会缩短晶粒细化剂的有用时刻,使晶粒变得相对较大。    2.有条件时,充沛预热,烘干流槽、分流盘等浇铸体系,防止水分与铝液反响形成吸氢。    3.铸造中,尽或许的防止铝液的紊流和翻卷,不要简单用东西搅动流槽及分流盘中的铝液,让铝液在表面氧化膜的维护下平稳流人结晶器结晶,这是因为东西搅动铝液和液流翻卷都会使铝液表面氧化膜决裂,形成新的氧化,一起将氧化膜卷进铝液。经研讨标明,氧化膜有极强的吸附才能,它含有2%的水份,当氧化膜卷进铝液后,氧化膜中的水份与铝液反响,形成吸氢和夹渣。    4.对铝液进行过滤,过滤是除掉铝液中非金属夹渣最有用的办法,在6063铝合金的铸造中,一般用多层玻璃丝布过滤或陶瓷过滤板过滤,无论是采纳何种过滤办法,为了确保铝液能正常的过滤,铝液在过滤前应除掉表面浮渣,因为表面浮渣易阻塞过滤材料的过滤网孔,使过滤不能正常进行,除掉铝液表面浮渣的最简略办法是在流槽中设置一挡渣板,使铝液在过滤前除掉浮渣。    五.6063铝合金的均化处理    1.非平衡结晶    如图三所示,是由A、B两种元素构成的二元相图的一部分,成份为F的合金凝结结晶,当温度下降到T1时,固相平衡成份应为G,实践成份为G’,这是因为在铸造出产中,冷却凝结速度快,合金元素的分散速度小于结晶速度,即固相成份不是按CD改变,而是按CD’改变,然后发作了晶粒内化学成份的不平衡现象,形成了非平衡结晶。    2.非平衡结晶发作的问题    铸造出产出的铝合金棒其内部安排存在两方面的问题:①晶粒间存在铸造应力;②非平衡结晶引起的晶粒内化学成份的不平衡。因为这两个问题的存在,会使揉捏变得困难,一起,揉捏出的产品在机械功能、表面处理功能方面都有所下降。因而,铝棒在揉捏前有必要进行均匀化处理,消除铸造应力和晶粒内化学成份不平衡。    3.均匀化处理    均匀化处理就是铝棒在高温(低于过烧温度)下经过保温,消除铸造应力和晶粒内化学成份不平衡的热处理。Al-Mg-Si系列的合金过烧温度应该是595℃,但因为杂质元素的存在,实践的6063铝合金不是三元系,而是一个多元系,因而,实践的过烧温度要比595℃低一些,6063铝合金的均匀化温度可选在530-550℃之间,温度高,可缩短保温时刻,节约动力,进步炉子的出产率。    4.晶粒大小对均匀化处理的影响    因为固体原子之间的结合力很大,均匀化处理是在高温下合金元素从晶界(或边缘)分散到晶内的进程,这个进程是很慢的。简略了解,粗大晶粒的均化时刻要比细晶粒的均匀化时刻长得多,因而晶粒越细,均匀化时刻就越短。    5.均匀化处理的节能办法    均匀化处理需求在高温下经过较长时刻保温,对动力需求大,处理本钱高,因而,现在绝大多数型材厂对铝棒未进行均匀化处理。其最重要的原因就是均匀化处理需求较高本钱所形成的。下降均匀化处理本钱的首要办法有:    ①细化晶粒    细化晶粒可有用的缩短保温时刻,晶粒越细越好。    ②加长铝棒加热炉,按均匀化和揉捏温度分段操控,满意不同工艺要求。这一工艺首要优点是:    a)不添加均匀化处理炉。    b)充沛利用铝捧均匀化后的热能,防止揉捏时再次加热铝棒。    c)铝捧加热保温时刻长,表里温度均匀,有利于揉捏和随后的热处理。    综上所述,出产出优质6063铝合金铸棒,首先是依据出产的型材挑选合理的成分,其次是严格操控熔炼温度、浇铸温度,做好晶粒细化处理、合金液的精粹、过滤等工艺办法,仔细操作,防止氧化膜的决裂与卷进。最终,对铝棒进行均匀化处理,这样就可出产出优质铝棒,为出产优质型材供给一个牢靠的物质基础。
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