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6063鋁棒質(zhì)量提高的措施探討

發(fā)布時(shí)間:2016-08-23 09:49:43    字體大?。?SPAN id=ntf1 onclick=setFos(1)>小
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(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480℃左右,因此,合金元素鎂硅總量應(yīng)在1.0%左右,因?yàn)樵?00℃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
  
  ①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(duì)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(duì)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。
  
 ?、谄渌s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。
  
  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(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)加控制。
  
  6063鋁合金的熔煉溫度控制在750-760℃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(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?br />   
  熔劑是鋁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?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,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)?,增加成本。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。
  
  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)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(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720-740℃之間,這是因?yàn)椋?br />   
  ①鋁液經(jīng)晶粒細(xì)化處理后變粘,容易凝固結(jié)晶。
  
 ?、阡X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。
  
  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(wèn)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(gè)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。
  
  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(gè)多元系,因此,實(shí)際的過(guò)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(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:
  
  ①細(xì)化晶粒:細(xì)化晶??捎行У目s短保溫時(shí)間,晶粒越細(xì)越好。
  
 ?、诩娱L(zhǎng)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(zhǎng),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(guò)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(duì)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(gè)可靠的物質(zhì)基礎(chǔ)。
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