6063鋁合金型材是建筑、工業(yè)制品的理想材料,隨著各行各業(yè)的發(fā)展,對6063鋁合金型材的力學(xué)性能提出了更高的要求。高強(qiáng)度的型材可減低設(shè)計(jì)壁厚,減少結(jié)構(gòu)重量,更受市場歡迎。
6063鋁合金系A(chǔ)I—Mg—Si系列可熱處理強(qiáng)化型鋁合金,塑性高,可高速擠壓成斷面復(fù)雜、壁厚各異的型材。淬火溫度寬,淬火敏感性低.可實(shí)現(xiàn)在線風(fēng)冷強(qiáng)制淬火,經(jīng)人工時效后有中等強(qiáng)度。擠壓后型材表面光潔,極易陽極氧化和著色,還可生產(chǎn)電泳、噴涂、氟碳噴漆、木紋、斷橋隔熱等型材。
在Al-Mg-Si系合金中,主要強(qiáng)化相是Mg2Si,合金在淬火時,固溶 于基體中的Mg2Si越多,時效后的型材強(qiáng)度就越高,反之,則越低。
在實(shí)際生產(chǎn)中,鋁合金擠壓型材經(jīng)常出現(xiàn)硬度偏低或不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象出現(xiàn)。影響型材硬度強(qiáng)度的原因是多方面的,下面結(jié)合鴻發(fā)有色的生產(chǎn)實(shí)際,從工藝、設(shè)備、操作等方面分析和總結(jié)影響6063工業(yè)鋁型材強(qiáng)度的因素及采取的措施。
1、6063鋁合金化學(xué)成分的控制
該合金主要元素足Mg和Si。他們在合金中形成金屬化合物Mg:Si是合會的主要強(qiáng)化相。Mg2Si中Mg和Si的比為1.73。當(dāng)Mg:Si>1.73時,尚有過剩的Mg存在,它會顯著降低Mg2Si相在固態(tài)鋁中的溶解度,由于過剩Mg的這種影響,使Mg2Si相在熱處理時的強(qiáng)化效果顯著降低,從而影響型材的力學(xué)性能。
合金中Si含量的增加可以改善鑄造性能和焊接性能。當(dāng)Mg:Si<1.73時,合金中有過剩Si存在,它可以與鋁中的其它雜質(zhì)Fe、Mn等生成化合物,增加強(qiáng)化效果。因此對強(qiáng)度要求較高時,往往合金中控制過剩Si。但隨著合金中Mg2Si和過剩Si含量的增加.會使6063鋁合金型材抗腐蝕性能下降,同時過剩的Si會影響氧化著色效果。Mg和Si的比例主要根據(jù)對合金的要求和用途來選擇.“和平 ”公司6063鑄棒Mg:Si=1.38-1.40左右,其中Si過剩,有利于增強(qiáng)力學(xué)性能。
2、鑄棒均勻化退火
為了改善或消除在熔煉過程中形成的成分不均勻性(即成分偏析),消除鑄棒在鑄造過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,并根據(jù)需要,改善鑄棒的內(nèi)部組織,需要對鑄棒進(jìn)行均勻化退火。
鑄造內(nèi)部成分不均勻不但影響工業(yè)鋁型材的機(jī)械性能.也會影響鋁型材的表面處理質(zhì)量。而鑄棒內(nèi)部的鑄造應(yīng)力會導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。均勻化退火后不同的冷卻方式,在于有效地控制Mg2Si相的大小和分布狀態(tài)。從而達(dá)到控制強(qiáng)度的目的。通常在570~580℃保溫6~8 h。為了使Mg2Si相能以細(xì)小的質(zhì)點(diǎn)均勻分布在整個金屬基體中,鑄棒出爐后應(yīng)以較高的冷卻速度冷卻,可以用水冷或強(qiáng)制風(fēng)冷,切勿隨爐冷卻。
我司大部分的鑄棒都是外購,并且大部分都是生產(chǎn)工業(yè)鋁型材,因此只有3000T擠壓機(jī)用的Φ254的鑄棒要求均勻化退火處理,其它棒徑的鑄棒都沒有均質(zhì)退火處理。我們可以采用相應(yīng)的對策:使用廂式鏈條加熱爐,將尾區(qū)(進(jìn)口區(qū))延長,并在爐子尾區(qū)和中區(qū)分別單獨(dú)設(shè)立溫度控制系統(tǒng)。該溫控區(qū)溫度設(shè)定為均質(zhì)溫度,將均質(zhì)和加熱放在鋁棒加熱爐內(nèi)同爐同步完成。彌補(bǔ)一部分由于鋁棒未均質(zhì)處理造成的擠壓工藝改變和對擠壓模具的傷害,同時控制好加熱爐出口鋁棒溫度,確保擠壓型材淬火溫度,進(jìn)而確保型材強(qiáng)度。
3、鑄棒加熱溫度及風(fēng)冷淬火
熱擠壓時鑄棒必須加熱,以使金屬具有較高的塑性,減少變形抗力,同時為型材在時效時獲得較好的機(jī)械性能創(chuàng)造條件。為了獲得較高的強(qiáng)度.應(yīng)選擇較高的擠壓溫度,但必須確保擠壓型材具有良好的表面質(zhì)量。一般控制鑄棒溫度在440~500℃之間,我們實(shí)測出擠壓型材的出口溫度控制在500~525℃之間。
6063淬火敏感性低.只要擠出工業(yè)型材溫度在500-525℃之間.盡快用風(fēng)機(jī)強(qiáng)制冷卻,即可阻止合金中強(qiáng)化相的析出,保持隨后時效強(qiáng)化的能力。只是實(shí)際生產(chǎn)中要注意兩點(diǎn):一是風(fēng)機(jī)的數(shù)目和容量要足夠大,確保冷卻速度高于60℃/min;二是型材出模后要盡早開始強(qiáng)制冷卻,尤其對壁厚較厚(δ>2.5mm)的型材更要確保冷卻速度,使型材“淬透”。
如果鑄棒溫度低,或出料口風(fēng)機(jī)冷卻強(qiáng)度不夠甚至不開風(fēng)機(jī),型材淬火效果很差,即使人工時效溫度很高(205℃)保溫時間很長(8h),型材力學(xué)性能都不能達(dá)到要求,甚至出現(xiàn)打不出硬度的結(jié)果。
4、鋁型材的裝框、時效
工業(yè)鋁型材裝框要求通風(fēng)、壁厚差別大的不能混裝,幕墻型材和門窗型材要分開裝框,隔熱型材和非隔熱型材要分開裝框,不同合金狀態(tài)的型材不能混裝。
時效的目的是為了獲得符合標(biāo)準(zhǔn)或用戶需要的機(jī)械性能。性能指標(biāo)主要有:抗拉強(qiáng)度σb,屈服強(qiáng)度σ0.2,延伸率δ,韋氏硬度HW。這些指標(biāo)實(shí)際上是工業(yè)鋁型材在使用過程中承受各種應(yīng)力的能力的代用特性。
在制定時效工藝參數(shù)時,要綜合考慮幾個方面的因素:一是6063合金成分內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)的選擇,它會使強(qiáng)化相Mg2Si的含量不相同,對時效工藝有影響,二是生產(chǎn)調(diào)度和“停放時間”的控制;三是時效爐型不同.主要是時效爐循環(huán)方式、爐內(nèi)溫度均勻性、密封性能及爐子處理量不同,工藝參數(shù)的選擇也會有所不同。
在生產(chǎn)實(shí)際中,針對不同的時效爐,在6063-T5合金成分內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)相對固定的情況下,隔熱型材一般采用175±5℃保溫2小時,非隔熱型材采用195±5℃保溫2小時的時效工藝。對溫控失靈,循環(huán)風(fēng)機(jī)壞.熱電偶損壞,密封不良,過時效等原因造成強(qiáng)度指標(biāo)異常的型材必須采用返工返修或報(bào)廢等措施進(jìn)行控制,杜絕流入下一道工序,確保成品型材強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到或滿足用戶需要。
5、結(jié)論
造成6063鋁合金擠壓型材最終硬度不合格是無法挽回的損失,在鋁型材生產(chǎn)過程中要嚴(yán)格按照擠壓工藝保證鑄棒溫度、風(fēng)冷淬火的強(qiáng)度、風(fēng)冷的速度、時效溫度保溫時間等工藝。實(shí)際生產(chǎn)過程中要加強(qiáng)過程控制和檢驗(yàn),關(guān)鍵控制好擠壓出料口溫度、在線風(fēng)冷淬火、時效工藝等,嚴(yán)格按各項(xiàng)規(guī)程操作,方能獲得理想的強(qiáng)度性能指標(biāo)。
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