6063铝合金加工基本知识

6063合金加工的基本知识一、合金介绍1、组成6063在铝合金系列中属于Al-Mg-Si系，基体为铝（Al），主要的元素为镁（Mg）和硅（Si），当把镁（Mg）和硅（Si）加入到液态的铝中时，镁（Mg）和硅（Si）就会溶解在铝中，当冷却为固态，镁（Mg）和硅（Si）仍然保留在铝基体中，不会析出，并且形成金属间化合物Mg2Si，同时因为铝中还有杂质元素铁（Fe）、锰（Mn）等，还会形成AlFeSi，当加入的Mg比Si多时还可能形成Mg2Al3。2、元素的作用2.1Mg和Si金属中的Si先生成AlFeSi、AlFe（Mn）Si，余下的生成Mg2Si，还有多余时生成游离的硅（Si），但若硅（Si）不足即镁（Mg）有多余时则生成Mg2Al3。Mg2Si的Mg和Si的重量比为Mg：Si=（2×24.3）/28.1=1.73；其中24.3为镁的原子量；28.1为硅的原子量。AlFe（Mn）Si中的（Fe+Mn）和Si重量比为（Fe+Mn）：Si=55.8+55/28.1=3.94≈4；其中55.8为铁的原子量，55为锰的原子量。所以实际生成Mg2Si的硅（Si）量为Si总-0.25（Fe+Mn），这就是配料时要控制铁（Fe）和锰（Mn）含量的原因。2.2硅（Si）的作用生成Mg2Si可起强化作用，过量的硅（Si）可溶解于基体中（550℃时硅在铝中的溶解度可达1.65%）。在室温下析出细小质点有强化作用，但使挤压性能下降，常控制过量硅（Si）不多于0.2%；当硅（Si）不足时，过剩镁（Mg）生成Mg2Al3，使加工性能降低。2.3铜（Cu）作用很少的铜溶解在基体中，促进时效时的析出物更细小，防止时效前因等待而造成的不利作用；量多时会形成CuAl2相；很多时则变为Al-Cu-Mg-Si系合金（硬铝）。2.4铬（Cr）作用有利于抗拉强度提高和成形性，可细化晶粒。2.5铁（Fe）作用不可多于0.15%，否则氧化后表面发灰。3、合金含量划分6063合金各项含量范围：Mg2Si为0.6~1.2%，镁（Mg）为0.45~0.9%，硅0.2~0.6%，一般分为如下三个区间：合金类型含量（%）性能MgSiFeMg2Si过量Siб0.2δ%HWA易挤型0.450.350.150.70.05180127~9B普通型0.510.40.20.80.062301110~12C高强型0.570.450.250.90.072501112~144、合金含量计算方法：合金类型含量度Wt%fsirsicsiMg2SiesiA易挤型0.03750.31250.26010.71010.05B普通型0.050.350.2950.8050.055C高强型0.06250.43750.3290.8990.06说明:fsi表示形成AlFe(Mn)Si相消耗的Si，fsi=0.25(Fe%+Mn%)；rsi可形成Mg2Si的Si，rsi=Si%-fsi，生成Mg2Si需消耗的Si，csi=0.578Mg%；Mg2Si含量，Mg2Si=Mg%+Si%；esi表示过量Si，esi=rsi-csi二、过程原理1、温度与时间过程a、有独立均质化处理的T-H曲线a曲线为典型的T-H曲线，b曲线为省略了单独的均匀化过程，而将铸态铝棒慢速升温，在炉内达到均匀化条件再冷却到挤压温度的一种简便方法，实践证明该方法对6063是很有效的。2、Mg、Si、Mg2Si、AlFeSi在过程中的变化过程图示说明熔铸熔解Si或Al-12Si，Mg溶解到铝液中铸造Si、Mg2Si、AlFeSi等合金或单体主要集中在铝基体晶间、晶界，也有少量在晶内，形成粗大化合物均质①针状的β-AlFeSi转化为球状的α-AlFeSi，使挤出品表面更好；②晶界溶解，晶间化合物溶解，均匀细小的β′、β″Mg2Si大量成核，极易在挤压时溶解；③化学元素分布更均匀挤压β′、β″Mg2Si大量溶解成游离质点均匀分布在铝基体中，α-AlFeSi均匀分布在铝基体中（称为固溶过程）b、铝棒炉慢速加温的T-H曲线时效β′针状的Mg2Si在铝原子间形成网状结构，能有效阻止铝原子互错，使铝变形困难，从而产生强度三、生产过程1、熔铸过程1.1配料要依设定的Mg2Si，过剩Si量估算须多少镁（Mg）、硅（Si）控制铁（Fe）含量，然后炉前化验铝锭，废料中含硅（Si）、镁（Mg），铁（Fe）量决定添加量。1.2熔解防止硅（Si）沉底结渣，镁（Mg）浮面燃损与吸氢1.3精炼加精炼剂冰晶石将Al2O3溶解以浮渣形式去除，释放氯气与氢气结合形成HCL挥发，防止氮气不纯（含O2，H2O）造成二次污染，纯净的N2，精练剂是可以将渣打到基本没有的。1.4铸造温度、速度、水压、水温有赖现场操作者找到最优条件，并以文件形式固定下来。2、挤压过程2.1铝棒加温本厂采用的b）T-H曲线工艺，故铝棒加热三区之功效须搞清楚入料区：加温，尽可能调整油枪功率至1-2小时内将棒温升到570℃左右。中间区：均匀化保温区，应保证棒在570℃保温1-2小时。出料区：降温区，将棒温降至挤压理想温度。2.2挤压应保证挤压出模孔温度在500-530℃之间，突破压力小于220kgf/cm2（超过时应有主管在场控制），速度以表面、焊合性、出口温度为标准调控，冷却速度应保证型材出模孔后1分钟内冷却至最少350℃，最佳250℃以下。可依型材分别采用水冷、雾冷、风冷、自然冷却。2.3时效6063停放效应不十分严格，一般不必限制挤出到时效间歇时间，时效最主要的是要保证通风良好，炉温均匀性在±5℃以内，炉温应准确，测温误差不超过3℃，主要原因是不同温度下时效保温时间与硬度差别明显。3、挤压模具3.1模具的使用3.1.1作为挤压工，首先要认识模具，每个模对应一个型号产品，不可搞混型号，一般在模出厂时已在模侧面打了钢印。3.1.2要知道模具的装配，应对每台挤压机弄清楚如下数据：a、b、c、j分别为模套的外形尺寸：厚度（a），止口（b）×Φc，外径Φj；d、e、f、g分别为模具的gcbeldaf0.5-1mmkhij模压盖模具模支承模调节垫模套剪刀外形尺寸：厚度（d），止口（e）×Φf，外径Φg；关系为da+2，（j-壁厚）-g=0.5～1；h为模支承垫厚度，对模具强度起辅助作用，其内孔应比模出料孔大，单边约5～10；i为模装配厚度调节垫，应调整到保证k值符合总装要求。一般会做i-1、i-0.5、i、i+0.5、i+1共5个厚度以便现场灵活运用；l为模凸出模套端面的部分，一般约2mm。此外，模装配还应注意：模具方位的固定，定位销一定要有，模装配完后应从出料口方向观察，模孔有无阻碍，否则要重装；装配完成后送至挤压位，将剪刀开下，检查剪刀面与模端面间隙要在0.5～1mm。3.1.3模具挤压时应限量，防止因过渡使用，导致疲劳损伤，一般模具挤压途中出现偏心变大即是已发生疲劳变形引起的。3.2模具的加热3.2.1冷模入炉应写明入炉时间，模加温速度约25mm/H，到温后，保温在1～4小时内较佳，保温太少可能模受热不均，挤压受力时易断裂桥，保温太久则模具会缓慢退火，失去强度，同时表面氧化可能性会加大。3.2.2冷模应置于炉口附近至少约半小时，再转入炉内，不可将冷模置于热模上面。3.3模具的保养3.3.1模具使用有条件时应清空入料孔内残铝，以缩短泡模时间及减少铝耗；3.3.2泡模前模温应降至100℃以下，防止热模入碱槽损伤模具；3.3.3泡模后开模要均匀打止口，以防损伤止口及损坏芯头，对装有固定螺丝的模具应先将螺丝拆除再开模，模腔余铝太多时不可强行开模；3.3.4模具抛光应用细砂纸（最好选用1200号以上），防止损伤工作带；3.3.5模具不用时应抛光后封存模腔，不合格的模具不要入库；3.4模具的氮化3.4.1氮化前模具应抛光至工作带镜面，并清除干净其他位置异物；3.4.2氮化前应预热至300～400℃；3.4.3氮化时间应以模入后到温开始计，保持560℃左右3～5小时，其间应通氧，以保持CNO-的再生；3.4.4氮化盐浓度CNO-应维持在37～39%之间，一星期化验2次；3.4.5氮化效验证，应用试块做，一个月两次，HV≥900为合格4、挤压设备使用要项4.1挤压机使用大功率电机，为星形—三角形启动，主机手启动马达后一定要确认是否已完成星三角转换，在打开电源开关，启动马达前应先按下紧急制动开关确认是否有效并断开可能带电的电磁阀；4.2检查液压油是否够，油温在45℃以下，冷却水是否畅通；4.3检查挤压中心线，盛锭筒、挤压杆、模具三心合一，偏移小于1mm；检查盛锭筒端面有无缺损与变形或粘附物；4.4检查挤压工具（压饼、压盖、吊模环、牵料钳、石墨、剪刀等）是否齐全与正常；4.5挤压时应先开手动，动作正常后再转自动；4.6下列动作过程中，主机手须手触紧急制动，眼观动作：送料架上升、挤杆快进、脱气、剪刀下降、模座进出、挤压突破前后、进行中的料中断；4.7换模挤压时前1～3个棒应使用温度较高的棒挤压；4.8挤压力达到最高持续3～5秒不出料视为闷车，应停车退模；4.9挤压打滑时应停止挤压，查清原因，确认故障排除后再挤，必要时退模；4.10挤压突破前不要把头伸到出料口附近张望。5、挤压材缺陷挤压材缺陷大致分为如下3类：外观不良（外观就能看得见的不良）、表面处理后出现的不良、与内部品质有关的不良。5.1外观不良（外观就能看到的不良）缺陷图例定义及产生原因缺陷图例定义及产生原因停止痕挤压中机器一时停止时，产品周围发生的带状模样。石墨线制品接触了挤压机诱导产品用的石墨而产生的伤。接头中空材或用金属板挤压后，一定会发生的不良，从外观看和假接头相似。另外在接头的稍后部位新旧铝棒开始替换。刮伤（纵伤横伤）因制品相互接触而产生的伤。凹凸不平（擅料痕）挤压制品表面象洗衣板一样凹凸不平的不良。碰伤制品与物体相撞或因动的荷重而产生的伤、变形。节状模样（假接头）挤压中模具吱嘎声响产生的节状模样。变形因制品的荷重而产生的变形，及因垫了垫片等而产生的凹陷。毛刺制品表面因物理性摩擦在而引起的点状不良。(白点)凹陷因冷却不均一（局部瞬间冷却）而发生的形变。裂纹沿挤压方向上卷引起的裂纹起皱过度拉伸矫正时，锰系合金易看得见的与引张方向呈45°的条形模样。模具伤与挤压方向相反，制品表面局部性发生的线状或带状伤。破裂因焊合不良制品表面就看得见的裂纹。模痕线与挤压方向一致，贯穿于制品表面模痕线且非常清晰地显现出来的不良。气泡制品表面部分因气体而突起的不良。波纹挤压时因部分速度差，出现象波纹状起伏的不良。光泽不均(阴阳面)制品表面光泽因场所不同或有光泽或光泽暗淡。段差(凸线)与挤压方向平行，某部分隆起的不良，发生位置如图，足部和交点处通常称之为“骨”。支承垫碰伤挤压中制品同支承垫相碰，沿挤压方向产生的伤。裂角因为模具有裂纹，挤压的拐角部连续出现的小的突起物。杂质、污斑油或铝棒表面的不纯物异物卷入而显现在制品表面的缺陷。模具破损模具的一部分或全部破损，而不能制造出所要求的制品。着伤多孔挤压时，挤压材高温状态下，粘在一起，将其分开时留下的印迹。5.2表面处理后显在的不良缺陷图例定义及产生原因缺陷图例定义及产生原因黑点冷却时局部过冷（冷却不均一）造成过度析出，碱性冼净或氧化后呈黑色状（或呈白点），大小形状不一定。脏污间隙里有各种处理液电解后象口水门状流在表面。皮膜烧伤阳极氧化处理时电流分布不均一，因电流密度过大引起表面象泡涨的不良。亮雾面制品以及单品相互间颜色不同。皮膜破裂因加热变形等而产生的皮膜破裂。杂质粘付电解液中的异物，脏物或者因带入了酸，胶化后象固体付着在被涂气泡（气体堆积）电解中制品内部气体堆积，阳极氧化皮膜不均一部分。水迹前工程用的碱液或酸液残留在挂着的框架和治具上，象水滴样滴在被涂物上留下的痕迹。喷沙阳极氧化皮膜表面产生粉化的脆性皮膜。变色烧付时温度上升，时间长，局部温度差引起的。因为前工程水洗不良等。产品主要变成黄色。擦伤处理使用中表面出现的连续或断续的线状伤。雾状付着氢氧化钠液的雾状物和硫酸的雾状物，付着在电气涂装后烧付前的涂膜上极其小的腐蚀斑点状物。白斑阳