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6063鋁合金型材是門窗、幕墻理想的結構和裝飾材料,隨著門窗、幕墻行業的發展,對6063鋁合金型材的力學性能提出了更高的要求。高強度的型材可減低設計壁厚,減少結構重量,更受市場歡迎。

6063鋁合金系AI-Mg-Si系列可熱處理強化型鋁合金,塑性高,可高速擠壓成斷面復雜、壁厚各異的型材。淬火溫度寬,淬火敏感性低.可實現在線風冷強制淬火,經人工時效后有中等強度。擠壓后型材表面光潔,極易陽極氧化和著色,還可生產電泳、噴涂、氟碳噴漆、木紋、斷橋隔熱等型材,因此在建筑型材中具有重要地位,在我國經濟的快速發展,尤其是房地產市場的高速發展中得到廣泛的應用。

在Al-Mg-Si系合金中,主要強化相是Mg2Si,合金在淬火時,固溶于基體中的Mg2Si越多,時效后的型材強度就越高,反之,則越低。

在實際生產中,鋁合金擠壓型材經常出現硬度偏低或不達標的現象出現。影響型材硬度強度的原因是多方面的,下面從工藝、設備、操作等方面分析和總結影響6063鋁合金型材強度的因素及采取的措施。

1、6063鋁合金化學成分的控制

國家標準GB/T 3190-2008和公司內控標準對6063鋁合金的化學成分規定如表l所示。

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是合會的主要強化相。Mg2Si中Mg和Si的比為1.73。當Mg:Si>1.73時,尚有過剩的Mg存在,它會顯著降低Mg2Si相在固態鋁中的溶解度,由于過剩Mg的這種影響,使Mg2Si相在熱處理時的強化效果顯著降低,從而影響型材的力學性能。

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Fe、Mn等生成化合物,增加強化效果。因此對強度要求較高時,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,有利于增強力學性能。

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生的內應力,并根據需要,改善鑄棒的內部組織,需要對鑄棒進行均勻化退火。

鑄造內部成分不均勻不但影響型材的機械性能.也會影響型材的表面處理質量。而鑄棒內部的鑄造應力會導致裂紋的產生。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。從而達到控制強度的目的。通常在570~580℃保溫6~8 h。為了使Mg2Si相能以細小的質點均勻分布在整個金屬基體中,鑄棒出爐后應以較高的冷卻速度冷卻,可以用水冷或強制風冷,切勿隨爐冷卻。

大部分的鑄棒都是外購,并且大部分都是生產建筑型材,因此只有3000T擠壓機用的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退火處理。我們可以采用相應的對策:使用廂式鏈條加熱爐,將尾區(進口區)延長,并在爐子尾區和中區分別單獨設立溫度控制系統。該溫控區溫度設定為均質溫度,將均質和加熱放在鋁棒加熱爐內同爐同步完成。彌補一部分由于鋁棒未均質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,進而確保型材強度。

3、鑄棒加熱溫度及風冷淬火

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械性能創造條件。為了獲得較高的強度.應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量。一般控制鑄棒溫度在440~500℃之間,我們實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.只要擠出型材溫度在500-525℃之間.盡快用風機強制冷卻,即可阻止合金中強化相的析出,保持隨后時效強化的能力。只是實際生產中要注意兩點:一是風機的數目和容量要足夠大,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,或出料口風機冷卻強度不夠甚至不開風機,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),型材力學性能都不能達到要求,甚至出現打不出硬度的結果。

4、鋁型材的裝框、時效

型材裝框要求通風、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,不同合金狀態的型材不能混裝。

時效的目的是為了獲得符合標準或用戶需要的機械性能。性能指標主要有:抗拉強度σb,屈服強度σ0.2,延伸率δ,韋氏硬度HW。

這些指標實際上是鋁合金型材在使用過程中承受各種應力的能力的代用特性。

在制定時效工藝參數時,要綜合考慮幾個方面的囚素:一是6063合金成分內控標準的選擇,它會使強化相Mg2Si的含量不相同,對時效工藝有影響,二是生產調度和“停放時間”的控制;三是時效爐型不同.主要是時效爐循環方式、爐內溫度均勻性、密封性能及爐子處理量不同,工藝參數的選擇也會有所不同。

在生產實際中,針對不同的時效爐,在6063-T5合金成分內控標準相對固定的情況下,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,循環風機壞.熱電偶損壞,密封不良,過時效等原因造成強度指標異常的型材必須采用返工返修或報廢等措施進行控制,杜絕流入下一道工序,確保成品型材強度指標達到或滿足用戶需要。

 5、結論 

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,在鋁型材生產過程中要嚴格按照擠壓工藝保證鑄棒溫度、風冷淬火的強度、風冷的速度、時效溫度保溫時間等工藝。實際生產過程中要加強過程控制和檢驗,關鍵控制好擠壓出料口溫度、在線風冷淬火、時效工藝等,嚴格按各項規程操作,方能獲得理想的強度性能指標。

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影響6063門窗鋁型材強度的原因分析

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影響6063門窗鋁型材強度的原因分析

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