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提高6063鋁棒的質(zhì)量

一、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范圍，具體成份除了要考慮機(jī)械性能、加工性能外，還要考慮表面處理性能，即型材如何進(jìn)行表面處理和要得到什么樣的表面。

  例如，要生產(chǎn)磨砂料，Mg/Si應(yīng)小一些為好，一般選擇在Mg/Si=1-1.3范圍，這是因?yàn)橛休^多相對過剩的Si，有利于型材得到砂狀表面；若生產(chǎn)光亮材、著色材和電泳涂漆材，Mg/Si在1.5-1.7范圍為好，這是因?yàn)橛休^少過剩硅，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，合金元素鎂硅總量應(yīng)在1.0%左右，因?yàn)樵?/span>500℃時(shí)，Mg2Si在鋁中的固溶度只有1.05%，過高的合金元素含量會導(dǎo)致在淬火時(shí)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(qiáng)度沒有多少作用，反而會影響型材表面處理性能，給型材的氧化、著色（或涂漆）造成麻煩。

  2.雜質(zhì)元素的影響

   ① 鐵，鐵是鋁合金中的主要雜質(zhì)元素，在6063合金中，國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定不大于0.35，如果生產(chǎn)中用一級工業(yè)鋁錠，一般鐵含量可控制在0.25以下，但如果為了降低生產(chǎn)成本，大量使用回收廢鋁或等外鋁，鐵就根容易超標(biāo)。

   Fe在鋁中的存在形態(tài)有兩種，一種是針狀（或稱片狀）結(jié)構(gòu)的β相（Al9Fe2Si2），一種為粒狀結(jié)構(gòu)的α相（Al12Fe3Si），不同的相結(jié)構(gòu)，對鋁合金有不同的影響，片狀結(jié)構(gòu)的β相要比粒狀結(jié)構(gòu)α相破壞性大的多，β相可使鋁型材表面粗糙、機(jī)械性能、抗蝕性能變差，氧化后的型材表面發(fā)青，光澤下降，著色后得不到純正色調(diào)，因此，鐵含量必須加以控制。

  為了減少鐵的有害影響可采取如下措施：熔煉、鑄造用所有工具在使用前涂涮涂料，盡可能減少鐵溶人鋁液。細(xì)化晶粒，使鐵相變細(xì)，變小，減少其有害作用。加入適量的鍶，使β相轉(zhuǎn)變成α相，減少其有害作用。對廢雜料細(xì)心挑選，盡可能的減少鐵絲、鐵釘、鐵屑等雜物進(jìn)入熔鋁爐造成鐵含量升高。

   ② 其它雜質(zhì)元素

  其它雜質(zhì)元素在電解鋁錠中都很少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，在使用回收廢雜鋁時(shí)就可能超過標(biāo)準(zhǔn)；在生產(chǎn)中，不但要控制每個元素不能超標(biāo)，而且要控制雜質(zhì)元素總量也不能超標(biāo)，當(dāng)單個元素含量不超標(biāo)，但總量超標(biāo)時(shí)，這些雜質(zhì)元素同樣對型材質(zhì)量有很大影響。特別需要提出強(qiáng)調(diào)的是，實(shí)踐證明，鋅含量到0.05時(shí)（國標(biāo)中不大于0.1）型材氧化后表面就出現(xiàn)白色斑點(diǎn)，因此鋅含量要控制到0.05以下。

二、6063鋁合金的熔煉

 　 1.控制好熔煉溫度

   鋁合金熔煉是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄棒的最重要工藝環(huán)節(jié)之一，若工藝控制不當(dāng)，會在鑄捧中產(chǎn)生夾渣、氣孔，晶粒粗大，羽毛晶等多種鑄造缺陷，因此必須嚴(yán)加控制。

   6063鋁合金的熔煉溫度控制在750-760℃之間為佳，過低會增大夾渣的產(chǎn)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(dāng)熱減少吸氫的途徑還有許多，如烘干溶煉爐和熔煉工具，防止使用熔劑受潮變質(zhì)等。但熔煉溫度是最敏感因素之一，過離的熔煉溫度不但浪費(fèi)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(yōu)良的熔劑和適當(dāng)?shù)木珶捁に?/span>

   熔劑是鋁合金熔煉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(qiáng)，容易受潮，因此，熔劑的生產(chǎn)中必須烘干所用原料，徹底除去水份，包裝要密封，運(yùn)輸、保管中要防止破損，還要注意生產(chǎn)日期，如保管日期過長，同樣會發(fā)生吸潮現(xiàn)象，在6063鋁合金的熔煉中，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(chǎn)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(shù)采用噴粉精煉，這種精煉方法能使精煉劑與鋁液充分接觸，可使精煉劑發(fā)揮最大效能。

   雖然這個特點(diǎn)是顯而易見的，但是精煉工藝也必須注意，否則得不到應(yīng)有效果，噴粉精煉中所用氮?dú)鈮毫σ孕楹茫軡M足吹出粉劑為佳，精煉中如果使用的氮?dú)獠皇歉呒兟龋?/span>99.99%N2），吹入鋁液的氮?dú)庠蕉啵鷼庵械乃菔逛X液產(chǎn)生的氧化和吸氫越多。

   另外，氟氣壓力高，鋁液產(chǎn)生的翻卷波浪大，增大產(chǎn)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(chǎn)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(shí)間短，除氫效果并不好，浪費(fèi)氮?dú)猓黾映杀尽Ｒ虼说獨(dú)鈶?yīng)少用，精煉劑應(yīng)多用，多用精煉劑只有好處，沒有壞處。噴粉精煉的工藝要點(diǎn)是用盡可能少的氣體，噴進(jìn)鋁液盡可能多的精煉劑。

   3.晶粒細(xì)化

   晶粒細(xì)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(jié)晶，所有的雜質(zhì)元素（當(dāng)然也包括合金元素）絕大部分集中分布在晶界，晶粒越小，晶界面積就越大，雜質(zhì)元素（或合金元素）的均勻度就越高。

   對雜質(zhì)元素而言，均勻度高，可減少它的有害作用，甚至將少量雜質(zhì)元素的有害變?yōu)橛幸妫粚辖鹪孛嫜裕鶆蚨雀撸砂l(fā)揮合金元素更大的合金化艘能，達(dá)到充分利用資源的目的。

   在6063鋁合金的生產(chǎn)中，對磨砂料來說，由于要通過腐蝕使型材產(chǎn)生均勻砂面，那么合金元素及雜質(zhì)元素的均勻分布就顯得尤為重要。晶粒越細(xì)，合金元素（雜質(zhì)元素）的分布越均勻，腐蝕后得到的砂面就越均勻。

三、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(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鋁棒的重要因素，溫度過低，易產(chǎn)生夾渣、針孔等鑄造缺陷。溫度過高，易產(chǎn)生晶粒粗大、羽毛晶等鑄造缺陷。做了晶粒細(xì)化處理后的6063鋁合金液，鑄造溫度可適當(dāng)提高，一般可控制在720-740℃之間，這是因?yàn)椋?/span>

   ① 鋁液經(jīng)晶粒細(xì)化處理后變粘，容易凝固結(jié)晶。

   ② 鋁棒在鑄造中結(jié)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，過度帶窄有利于結(jié)晶前沿排出的氣體逸出，當(dāng)然溫度不可過高，過高的鑄造溫度會縮短晶粒細(xì)化劑的有效時(shí)間，使晶粒變得相對較大。

   2.有條件時(shí)，充分預(yù)熱，烘干流槽、分流盤等澆鑄系統(tǒng)，防止水分與鋁液反應(yīng)造成吸氫

   3.鑄造中，盡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(hù)下平穩(wěn)流人結(jié)晶器結(jié)晶，這是因?yàn)楣ぞ邤噭愉X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(shí)將氧化膜卷入鋁液。經(jīng)研究表明，氧化膜有極強(qiáng)的吸附能力，它含有2%的水份，當(dāng)氧化膜卷入鋁液后，氧化膜中的水份與鋁液反應(yīng)，造成吸氫和夾渣。

   4.對鋁液進(jìn)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，無論是采取何種過濾方法，為了保證鋁液能正常的過濾，鋁液在過濾前應(yīng)除去表面浮渣，因?yàn)楸砻娓≡锥氯^濾材料的過濾網(wǎng)孔，使過濾不能正常進(jìn)行，除去鋁液表面浮渣的最簡單方法是在流槽中設(shè)置一擋渣板，使鋁液在過濾前除去浮渣。

四、6063鋁合金的均勻化處理

   鑄造生產(chǎn)出的鋁合金棒其內(nèi)部組織存在兩方面的問題：

   ① 晶粒間存在鑄造應(yīng)力；

   ② 非平衡結(jié)晶引起的晶粒內(nèi)化學(xué)成份的不平衡。由于這兩個問題的存在，會使擠壓變得困難，同時(shí)，擠壓出的產(chǎn)品在機(jī)械性能、表面處理性能方面都有所下降。因此，鋁棒在擠壓前必須進(jìn)行均勻化處理，消除鑄造應(yīng)力和晶粒內(nèi)化學(xué)成份不平衡。

   均勻化處理就是鋁棒在高溫（低于過燒溫度）下通過保溫，消除鑄造應(yīng)力和晶粒內(nèi)化學(xué)成份不平衡的熱處理。Al-Mg-Si系列的合金過燒溫度應(yīng)該是595℃，但由于雜質(zhì)元素的存在，實(shí)際的6063鋁合金不是三元系，而是一個多元系，因此，實(shí)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(shí)間，節(jié)約能源，提高爐子的生產(chǎn)率。

   均勻化處理的節(jié)能措施：均勻化處理需要在高溫下通過較長時(shí)間保溫，對能源需求大，處理成本高，因此，目前絕大多數(shù)型材廠對鋁棒未進(jìn)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(xì)化晶粒：細(xì)化晶粒可有效的縮短保溫時(shí)間，晶粒越細(xì)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：不增加均勻化處理爐；充分利用鋁捧均勻化后的熱能，避免擠壓時(shí)再次加熱鋁棒；鋁捧加熱保溫時(shí)間長，內(nèi)外溫度均勻，有利于擠壓和隨后的熱處理。

   綜上所述，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)6063鋁合金鑄棒，首先是根據(jù)生產(chǎn)的型材選擇合理的成分，其次是嚴(yán)格控制熔煉溫度、澆鑄溫度，做好晶粒細(xì)化處理、合金液的精煉、過濾等工藝措施，細(xì)心操作，避免氧化膜的破裂與卷入。最后，對鋁棒進(jìn)行均勻化處理，這樣就可生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鋁棒，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)型材提供一個可靠的物質(zhì)基礎(chǔ)。

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