6063鋁合金鑄錠的生產(chǎn)工藝及詳細(xì)流程

1、6063鋁合金鑄錠的生產(chǎn)工藝及詳細(xì)流程一.Al-Mg-Si系合金的基本特點(diǎn)：6063鋁合金的化學(xué)成份在GB/T5237-93標(biāo)準(zhǔn)中為0.2-0.6%的硅、0.45-0.9%的鎂、鐵的最高限量為0.35%,其余雜質(zhì)元素(Cu、Mn、Zr、Cr等)均小于0.1%。這個(gè)成份范圍很寬，它還有很大選擇余地。6063鋁合金是屬鋁-鎂-硅系列可熱處理強(qiáng)化型鋁合金，在AL-Mg-Si組成的三元系中，沒(méi)有三元化合物，只有兩個(gè)二元化合物Mg2Si和Mg2Al3,以a(Al-Mg2Si偽二元截面為分界，構(gòu)成兩個(gè)三元系，a(Al-Mg2Si-(Si)和a(AlMg2Si-Mg2Al3,如圖一、田二所示:在Al-Mg-

2、Si系合金中，主要強(qiáng)化相是Mg2Si,合金在淬火時(shí)，固溶于基體中的Mg2Si越多，時(shí)效后的合金強(qiáng)度就越高，反之，則越低，如圖2所示，在a(AlMg2Si偽二元相圖上，共晶溫度為595C,Mg2Si的最大溶解度是1.85%,在500c時(shí)為1.05%,由此可見(jiàn)，溫度對(duì)Mg2Si在Al中的固溶度影響很大，淬火溫度越高，時(shí)效后的強(qiáng)度越高，反之，淬火溫度越低，時(shí)效后的強(qiáng)度就越低。有些鋁型材廠生產(chǎn)的型材化學(xué)成份合格，強(qiáng)度卻達(dá)不到要求，原因就是鋁捧加熱溫度不夠或外熱內(nèi)冷，造成型材淬火溫度太低所致。在Al-Mg-Si合金系列中，強(qiáng)化相Mg2Si的鎂硅重量比為1.73,如果合金中有過(guò)剩的鎂(即Mg：Si1.73

3、),鎂會(huì)降低Mg2Si在鋁中的固溶度，從而降低Mg2Si在合金中的強(qiáng)化效果。如果合金中存在過(guò)剩的硅，即Mg：Si1.73,則硅對(duì)Mg2Si在鋁中的固溶度沒(méi)有影響，由此可見(jiàn)，要得到較高強(qiáng)度的合金，必須Mg：Si1.73。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(gè)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(duì)過(guò)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

4、圍為好，這是因?yàn)橛休^少過(guò)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480c左右，因此，合金元素鎂硅總量應(yīng)在1.0%左右，因?yàn)樵?00c時(shí)，Mg2Si在鋁中的固溶度只有1.05%,過(guò)高的合金元素含量會(huì)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(duì)合金的強(qiáng)度沒(méi)有多少作用，反而會(huì)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)元素的影響鐵，鐵是鋁合金中的主要雜質(zhì)元素，在6063合金中，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定不大于0.35,如果生產(chǎn)中用一級(jí)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

5、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3相（Al9Fe2Si2）,一種為粒狀結(jié)構(gòu)的“相（Al12Fe3Si）,不同的相結(jié)構(gòu)，對(duì)鋁合金有不同的影響，片狀結(jié)構(gòu)的3相要比粒狀結(jié)構(gòu)a相破壞性大的多，3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。a）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。b）細(xì)化晶粒，使鐵相變細(xì)，變小，減少其有害作用。C）加入適量的卒思，使3相轉(zhuǎn)變成a相，減少其有害作用。d）對(duì)廢雜料細(xì)心挑選，盡可能的減少鐵

6、絲、鐵釘、鐵屑等雜物進(jìn)入熔鋁爐造成鐵含量升高。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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在使用回收廢雜鋁時(shí)就可能超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)；在生產(chǎn)中，不但要控制每個(gè)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(gè)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(duì)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(guó)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。三.6063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(huì)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

7、制。6063鋁合金的熔煉溫度控制在750-760C之間為佳，過(guò)低會(huì)增大夾渣的產(chǎn)生，過(guò)高會(huì)增大吸氫、氧化、氮化燒損。研究表明，鋁液中氫氣的溶解度在760c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(guò)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)木珶捁に嚾蹌┦卿X合金熔煉中使用的重要輔助材料，目前市場(chǎng)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

8、意生產(chǎn)日期，如保管日期過(guò)長(zhǎng)，同樣會(huì)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(huì)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(gè)特點(diǎn)是顯而易見(jiàn)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?，能滿足吹出粉劑為佳，精煉中如果使用的氮?dú)獠皇歉呒兟龋?9.99%N2）,吹入鋁液的氮?dú)庠蕉?，氟氣中的水份使鋁液產(chǎn)生的氧化和吸氫越多。另外，氟氣壓力高，侶液產(chǎn)生的翻卷波浪大，增大產(chǎn)生氧化夾渣的可

9、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?。因此氮?dú)鈶?yīng)少用，精煉劑應(yīng)多用，多用精煉劑只有好處，沒(méi)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(duì)雜質(zhì)元素而言，均勻度高，可減少它的有害作

10、用，甚至將少量雜質(zhì)元素的有害變?yōu)橛幸?；?duì)合金元素面言，均勻度高，可發(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。細(xì)化晶粒、增大晶界面積、增大元素均勻度的作用可通過(guò)下面的計(jì)算加以說(shuō)明。假設(shè)金屬塊1與2有同樣的體積V,均由立方體晶粒構(gòu)成，金屬塊1的晶粒邊長(zhǎng)為2a,2的邊長(zhǎng)為a,那么金屬塊1的晶界面積為：金屬塊2的晶界面積為：金屬塊2的晶界面積是金屬塊1的2倍。由此可見(jiàn)合金晶粒直徑減小一倍，晶界面積就要增大一倍，晶界單位面積上的雜質(zhì)元素將減少一倍。在6063鋁合金的生產(chǎn)中，對(duì)磨砂料來(lái)說(shuō)，由于要通過(guò)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)

11、元素）的分布越均勻，腐蝕后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(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鋁棒的重要因素，溫度過(guò)低，易產(chǎn)生夾渣、針孔等鑄造缺陷。溫度過(guò)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720-740C之間，這是因?yàn)椋轰X液經(jīng)晶粒細(xì)化處理后變粘,容易凝固結(jié)晶。鋁棒在鑄造中結(jié)晶前沿有一個(gè)液固兩相過(guò)度帶，較高的鑄造溫度有較窄的過(guò)度帶，過(guò)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(guò)高，過(guò)高的鑄造溫度會(huì)縮短晶粒細(xì)化劑的有效時(shí)間，使晶粒變得相對(duì)較大。2 .有條件時(shí)，充分預(yù)熱，烘干流槽、分流盤等澆鑄

12、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(dòng)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?dòng)鋁液和液流翻卷都會(huì)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(duì)鋁液進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)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(guò)濾或陶瓷過(guò)濾板過(guò)濾，無(wú)論是采取何種過(guò)濾方法，為了保證鋁液能正常的過(guò)濾，鋁液在過(guò)濾前應(yīng)除去表面浮渣，因?yàn)楸砻娓≡锥氯^(guò)濾

13、材料的過(guò)濾網(wǎng)孔，使過(guò)濾不能正常進(jìn)行，除去鋁液表面浮渣的最簡(jiǎn)單方法是在流槽中設(shè)置一擋渣板，使鋁液在過(guò)濾前除去浮渣。五.6063鋁合金的均化處理1 .非平衡結(jié)晶如圖三所示，是由A、B兩種元素構(gòu)成的二元相圖的一部分，成份為F的合金凝固結(jié)晶，當(dāng)溫度下降到T1時(shí)，固相平衡成份應(yīng)為G,實(shí)際成份為G,這是因?yàn)樵阼T造生產(chǎn)中，冷卻凝固速度快，合金元素的擴(kuò)散速度小于結(jié)晶速度，即固相成份不是按CD變化，而是按CD變化，從而產(chǎn)生了晶粒內(nèi)化學(xué)成份的不平衡現(xiàn)象，造成了非平衡結(jié)晶。2 .非平衡結(jié)晶產(chǎn)生的問(wèn)題鑄造生產(chǎn)出的鋁合金棒其內(nèi)部組織存在兩方面的問(wèn)題：晶粒間存在鑄造應(yīng)力；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(gè)

14、問(wèn)題的存在，會(huì)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。3 .均勻化處理均勻化處理就是鋁棒在高溫（低于過(guò)燒溫度）下通過(guò)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(guò)燒溫度應(yīng)該是595C,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(gè)多元系，因此，實(shí)際的過(guò)燒溫度要比595c低一些，6063鋁合金的均勻化溫度可選在530-550C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。4 .晶粒大小對(duì)均勻化處理的影響由于固體原子之間的結(jié)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(kuò)散到晶內(nèi)的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程是很慢的。容易理解，粗大晶粒的均化時(shí)間要比細(xì)晶粒的均勻化時(shí)間長(zhǎng)得多，因而晶粒越細(xì)，均勻化時(shí)間就越短。5 .均勻化處理的節(jié)能措施均勻化處理需要在高溫下通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間保溫，對(duì)能源需求大，處理成本高，因此，目前絕大多數(shù)型材廠對(duì)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：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。加長(zhǎng)鋁棒加熱爐，按均勻化和擠壓溫度分段控