基本介紹
- 中文名：6063合金鋁
- 材料名稱：變形鋁及鋁合金
- 牌號：6063
- 標準對照：美國鋁業協會(AA)7009
特性及套用,化學成分,成分最佳化,退火工藝,擠壓和熱處理,
特性及套用
7009鋁合金，美國變形鋁及鋁合金。鋁合金分兩大類：鑄造鋁合金，在鑄態下使用；變形鋁合金，能承受壓力加工，力學性能高於鑄態。可加工成各種形態、規格的鋁合金材。主要用於製造航空器材、日常生活用品、建築用門窗等。
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化學成分
鋁Al(最小值)：餘量
矽Si：≤0.20
鐵Fe：≤0.20
銅Cu：0.6~1.3
錳Mn：≤0.10
鎂Mg：2.1~2.9
鉻Cr：0.10~0.25
成分最佳化
6063-T5建築鋁型材必須具備一定的力學性能。在其他條件相同時，其抗拉強度、屈服強度隨含量增加而升高。6063台金的強化相主要是Mg2Si相，到底Mg、Si和Mg2Si的量應取多少為好？Mg2Si相是由2個鎂原子同1個矽原子組成，鎂的相對原子質量為24．3l，矽的相對原子質量為28．09，因此Mg2Si化合物中，鎂矽的質量比為1．73：1。
因此，可根據以上分析結果，如果鎂矽含量比值大於1．73，則合金中鎂除形成Mg2Si相外，還有過剩鎂，反之比值小於1．73，則表明矽除形成Mg2Si相外，還有剩餘矽。
鎂過剩對合金力學性能是有害的。鎂一般控制在0．5%左右，Mg2Si總量控制在0．79%。當矽過剩0．01%時合金的力學性能σb約為218Mpa，已大大超過國家標準性能，並過剩矽從0．01%提高到0．13%，σb可提高到250Mpa，即提高14．6%。要形成一定量的Mg2Si，必須首先考慮到Fe與Mn等雜質含量造成的矽損失，即要保證有一定量的過剩矽。為了使6063合金中的鎂充分與矽匹配，實際配料時，必須有意識地使Mg：Si＜1．73。鎂的過剩不僅削弱強化效果，而且又增加了產品成本。
因此，6063合金的成分一般控制為：Mg：0．45%-0．65%；Si：0．35%-0．50%；Mg：Si=1．25-1．30；雜質Fe控制在＜0．10%-0．25%；Mn＜0．10%。
退火工藝
合金的均勻化處理能提高擠壓速度，同未均勻化處理的鑄錠相比，大約可使擠壓力降低6%-10%。均勻化處理後冷卻速度對組織的析出行為有重要的影響。對均熱後快冷的鑄錠，Mg2Si幾乎能全部固溶於基體，過剩的Si也將固溶或以彌散析出的細小質點存在。這樣的鑄錠可以在較低溫度下快速擠壓，並獲得優良的力學性能和表面光亮度。
在鋁型材擠壓生產中，以燃油或燃氣加熱爐替代電阻加熱爐可收到明顯的節能降耗效果。合理地選擇爐型、燃燒器及空氣循環方式可使爐子獲得均勻穩定的加熱性能，達到穩定工藝提高產品質量的目的。
燃燒式鑄錠加熱爐經幾年來運行和不斷改善，市場上已推出燃燒效率高於40%的爐型。鑄錠裝爐後迅速升溫到570℃以上，並經一段保溫時間後，在出料區冷卻到接近擠壓溫度時出爐擠壓，鑄錠在加熱爐經歷了半均勻化過程，這一過程稱半均質處理，基本上符合6063合金熱擠壓工藝要求，從而可省單獨的均勻化工序，可大大節省設備投資和能耗，是一種值得推廣的工藝。
擠壓和熱處理
3．1鑄錠加熱
對擠壓生產來說，擠壓溫度是最基本的且最關鍵的工藝因素。擠壓溫度對產品質量、生產效率、模具壽命、能量消耗等都產生很大影響。
擠壓最重要的問題是金屬溫度的控制，從鑄錠開始加熱到擠壓型材的淬火都要保證可溶解的相組織不從固溶中析出或呈現小顆粒的彌散析出。
6063合金鑄錠加熱溫度一般都設定在Mg2Si析出的溫度範圍內，加熱的時間對Mg2Si的析出有重要的影響，採用快速加熱可以大大減少可能析出的時間。一般來說，對6063合金鑄錠的加熱溫度可設定為：
未均勻化鑄錠：460-520℃；均勻化鑄錠：430-480℃。
其擠壓溫度在操作時視不同製品及單位壓力大小來調整。在擠壓過程中鑄錠在變形區的溫度是變化的，隨著擠壓過程的完成，變形區的溫度逐漸升高，而且隨著擠壓速度的提高而提高。因此為了防止出現擠壓裂紋，隨著擠壓過程的進行和變形區溫度的升高，擠壓速度應逐漸降低。
3．2擠壓速度
擠壓過程中必須認真控制擠壓速度。擠壓速度對變形熱效應、變形均勻性、再結晶和固溶過程、製品力學性能及製品表面質量均有重要影響。
擠壓速度過快，製品表面會出現麻點、裂紋等傾向。同時擠壓速度過快增加了金屬變形的不均勻性。擠壓時的流出速度取決於合金種類和型材的幾何形狀、尺寸和表面狀況。
6063合金型材擠壓速度(金屬的流出速度)可選為20-100米/分。
近代技術的進步，擠壓速度可以實現程式控制或模擬程式控制，同時也發展了等溫擠壓工藝和CADEX等新技術。通過自動調節擠壓速度來使變形區的溫度保持在某一恆定範圍內，可達到快速擠壓而不產生裂紋的目的。
為了提高生產效率，在工藝上可以採取很多措施。當採用感應加熱時，沿鑄錠長度方向上存在著溫度梯度40-60℃(梯度加熱)，擠壓時高溫端朝擠壓模，低溫端朝擠壓墊，以平衡一部分變形熱；也有採用水冷模擠壓的，即在模子後端通水強制冷卻，試驗證明可以提高擠壓速度30%-50%。
近年來在國外用氮氣或液氮冷卻模具(擠壓模)以增加擠壓速度，提高模具壽命和改善型材表面質量。在擠壓過程中將氮氣引到擠壓模出口處放出，可以使被冷卻的製品急速收縮，冷卻擠壓模和變形區金屬，使變形熱被帶走，同時模子出口處被氮的氣氛所控制，減少了鋁的氧化，減少了氧化鋁粘接和堆積，所以氮氣的冷卻提高了製品的表面質量，可大大的提高擠壓速度。CADEX是最近發展的一種擠壓新工藝，它擠壓過程中的擠壓溫度、擠壓速度和擠壓力形成一個閉環系統，以最大限度地提高擠壓速度和生產效率，同時保證最優良的性能。
3．3機上淬火
6063-T5淬火是為了將在高溫下固溶於基體金屬中的Mg2Si出模孔後經快速冷卻到室溫而被保留下來。冷卻速度常和強化相含量成正比。6063合金可強化的最小的冷卻速度為38℃/分，因此適合於風冷淬火。改變風機和風扇轉數可以改變冷卻強度，使製品在張力矯直前的溫度降至60℃以下。
3．4張力矯直
型材出模孔後，一般皆用牽引機牽引。牽引機工作時在給擠壓製品以一定的牽引張力，同時與製品流出速度同步移動。使用牽引機的目的在於減輕多線擠壓時長短不齊和抹傷，同時也可防止型材出模孔後扭擰、彎曲，給張力矯直帶來麻煩。
張力矯直除了可以使製品消除縱向形狀不整外，還可以減少其殘餘應力，提高強度特性並能保持其良好的表面。
3．5人工時效
時效處理要求溫度均勻，溫差不超過±3-5℃。6063合金人工時效溫度一般為200℃。時效保溫時間為1-2小時。為了提高力學性能，也有採用180-190℃時效3-4小時，但此時生產效率會有所降低。
