解碼鋁合金配方熔煉及鑄造工藝技術(shù)

1、解碼鋁合金配方熔煉及鑄造工藝技術(shù)(圖文)鋁型材加工從業(yè)者必須掌握的溫度科本鋁管生產(chǎn)廠家2021-06-08產(chǎn)中，不但要控制每個元素不能超標，而且要控制雜質(zhì)元素總量 也不能超標，當單個元素含量不超標，但總量超標時，這些雜質(zhì) 元素同樣對型材質(zhì)量有很大影響。特別需要提出強調(diào)的是，實踐 證明，鋅含量到0 . 05時(國標中不大于0 . 1)型材氧化后外表 就出現(xiàn)白色斑點，因此鋅含量要控制到0 . 05以下。二.Al-Mg-Si系鋁合金的根本特點：6063 鋁合金的化學成份在 GB/T5237-93標準中為0 .2-0 . 6 %的硅、0.45-0 . 9 %的鎂、鐵的最高限量為 0.35 %, 其余雜

2、質(zhì)元素(Cu、Mn、Zr、Cr等)均小于0 . 1 %。這個成份 范圍很寬，它還有很大選擇余地。6063鋁合金是屬鋁-鎂-硅系列可熱處理強化型鋁合金，在AL-Mg-Si組成的三元系中，沒有三元化合物，只有兩個二元化合物Mg2Si和Mg2AI3，以a (Al) -Mg2Si偽二元截面為分界， 構(gòu)成兩個三元系，a (Al) -Mg2Si-(Si) 和 a (Al) -Mg2Si-Mg2Al3 ,如圖一、田二所示：在Al-Mg-Si系鋁合金中，主要強化相是Mg2Si，鋁合金在淬火時，固溶于基體中的 Mg2Si越多，時效后的鋁合金強度就越 高，反之，那么越低，如圖 2所示，在a (Al) -Mg2Si

3、偽二元相圖 上，共晶溫度為595 C, Mg2Si的最大溶解度是1. 85 %，在 500 C時為1.05 %，由此可見，溫度對 Mg2Si在Al中的固溶 度影響很大，淬火溫度越高，時效后的強度越高，反之，淬火溫 度越低，時效后的強度就越低。有些鋁型材廠生產(chǎn)的型材化學成 份合格，強度卻達不到要求，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 鋁合金系列中， 強化相 Mg2Si 的鎂硅重量比為1 . 73，如果鋁合金中有過剩的鎂 即Mg : Si > 1.73，鎂會降 低 Mg2Si 在鋁中的固溶度，從而降低 Mg2Si 在鋁合金中的強化 效果。如果

4、鋁合金中存在過剩的硅，即Mg : Si v 1 . 73，那么硅對Mg2Si 在鋁中的固溶度沒有影響，由此可見，要得到較高強度的 鋁合金，必須 Mg：Siv1 . 73。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，假設(shè)工藝 控制不當，會在鑄捧中產(chǎn)生夾渣、氣孔，晶粒粗大，羽毛晶等多 種鑄造缺陷，因此必須嚴加控制。6063鋁合金的熔煉溫度控制在750-760 C之間為佳，過低會增大夾渣的產(chǎn)生，過高會增大吸氫、氧化、氮化燒損。研究表 明，鋁液中氫氣的溶解度在 760 C以上急劇上升，當熱減少吸氫 的途徑還有許多，如烘干溶煉爐和熔煉工具，防止使用熔劑

5、受潮 變質(zhì)等。但熔煉溫度是最敏感因素之一，過高 的熔煉溫度不 但浪費能源，增加本錢，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?shù)木珶捁に?熔劑是鋁合金熔煉中使用的重要輔助材料，目前市場上所售 熔劑中主要成份為氯化物，氟化物，其中氯化物吸水性強，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，運輸、保管中要防止破損，還要注意生產(chǎn)日期，如 保管日期過長， 同樣會發(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，都會使鋁液產(chǎn) 生不同程度的吸氫。選擇好的精煉劑，選擇適宜的精練工藝也是非常重要的，目

6、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 特點是顯而易見的，但是精煉工藝也必須注意，否那么得不到應有 效果， 噴粉精煉中所用氮氣壓力以小為好， 能滿足吹出粉劑為佳， 精煉中如果使用的氮氣不是高純氯 99 99N2 ，吹入鋁液的 氮氣越多，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，在鋁液中的停留時間 短，除氫效果并不好，浪費氮氣，增加本錢。因此氮氣應少用， 精

7、煉劑應多用，多用精煉劑只有好處，沒有害處。噴粉精煉的工 藝要點是用盡可能少的氣體，噴進鋁液盡可能多的精煉劑。3 晶粒細化晶粒細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。 在鋁合金鑄造中， 均是非平衡結(jié)晶， 所有的雜質(zhì)元素 當然也包括 鋁合金元素 絕大局部集中分布在晶界， 晶粒越小， 晶界面積就越 大，雜質(zhì)元素 或鋁合金元素 的均勻度就越高。 對雜質(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 為有益；對鋁合金元素面言，均勻度高，可發(fā)揮鋁合金元素更大 的鋁合金化艘能，到達充分利用資源的目的。細化晶粒

8、、增大晶界面積、增大元素均勻度的作用可通過下 面的計算加以說明。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的晶粒邊長為2a , 2的邊長為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。由此可見鋁合金晶粒直徑減小一倍， 晶界面積就要增大 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，對磨砂料來說，由于要通過腐蝕 使型材產(chǎn)生均勻砂面，那么鋁合金元素及雜質(zhì)元素的均勻分布就 顯得尤為重要。 晶粒越細， 鋁合金元素 雜質(zhì)元素 的分布越均勻， 腐蝕后得到的砂面就越均勻。四 6063 鋁合金的澆鑄1

9、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， 溫度過低， 易產(chǎn)生夾渣、針孔等鑄造缺陷。溫度過高，易產(chǎn)生晶粒粗大、羽 毛晶等鑄造缺陷。做了晶粒細化處理后的 6063 鋁合金液，鑄造溫度可適當提 高，一般可控制在720-740 C之間，這是因為：鋁液經(jīng)晶粒細 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 液固兩相過度帶，較高的鑄造溫度有較窄的過度帶，過度帶窄有 利于結(jié)晶前沿排出的氣體逸出，當然溫度不可過高，過高的鑄造 溫度會縮短晶粒細化劑的有效時間，使晶粒變得相對較大。2 有條件時，充分預熱，烘干流槽、分流盤等澆鑄系統(tǒng)， 防止水分與鋁液反響造成吸氫。3鑄造中，盡可能的防

10、止鋁液的紊流和翻卷，不要輕易用 工具攪動流槽及分流盤中的鋁液，讓鋁液在外表氧化膜的保護下 平穩(wěn)流人結(jié)晶器結(jié)晶，這是因為工具攪動鋁液和液流翻卷都會使 鋁液外表氧化膜破裂，造成新的氧化，同時將氧化膜卷入鋁液。 經(jīng)研究說明，氧化膜有極強的吸附能力，它含有 2的水份，當 氧化膜卷入鋁液后，氧化膜中的水份與鋁液反響，造成吸氫和夾 渣。4 對鋁液進行過濾，過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濾或 陶瓷過濾板過濾，無論是采取何種過濾方法，為了保證鋁液能正 常的過濾，鋁液在過濾前應除去外表浮渣，因為外表浮渣易堵塞 過濾材料的過濾網(wǎng)孔，使過濾不能正常進行，

11、除去鋁液外表浮渣 的最簡單方法是在流槽中設(shè)置一擋渣板，使鋁液在過濾前除去浮 渣。五 6063 鋁合金的均質(zhì)處理1 非平衡結(jié)晶如圖三所示，是由 A 、B 兩種元素構(gòu)成的二元相圖的一局部， 成份為 F 的鋁合金凝固結(jié)晶，當溫度下降到 T1 時，固相平衡成 份應為G,實際成份為G ,這是因為在鑄造生產(chǎn)中，冷卻凝固速 度快，鋁合金元素的擴散速度小于結(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題：晶 粒間存在鑄造應力；非平衡結(jié)晶引起的晶粒內(nèi)化學成份的不平 衡。由

12、于這兩個問題的存在，會使擠壓變得困難，同時，擠壓出 的產(chǎn)品在機械性能、外表處理性能方面都有所下降。因此，鋁棒 在擠壓前必須進行均勻化處理，消除鑄造應力和晶粒內(nèi)化學成份 不平衡。3 均勻化處理均勻化處理就是鋁棒在高溫 低于過燒溫度 下通過保溫，消 除鑄造應力和晶粒內(nèi)化學成份不平衡的熱處理。 Al-Mg-Si 系列的 鋁合金過燒溫度應該是 595 C,但由于雜質(zhì)元素的存在，實際的 6063 鋁合金不是三元系，而是一個多元系，因此，實際的過燒 溫度要比595 C低一些，6063鋁合金的均勻化溫度可選在 530-550 C之間，溫度高，可縮短保溫時間，節(jié)約能源，提高爐 子的生產(chǎn)率。4 晶粒大小對均勻化

13、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鋁合金元素從晶界 或邊沿 擴散到晶內(nèi)的過程， 這個過程是很慢的。 容易理解， 粗大晶粒的均化時間要比細晶粒的均勻化時間長得多， 因而晶粒越細，均勻化時間就越短。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較長時間保溫， 對能源需求大，處理本錢高，因此，目前絕大多數(shù)型材廠對鋁棒未進行均勻化處 理。其最重要的原因就是均勻化處理需要較高本錢所致。降低均 勻化處理本錢的主要措施有： 細化晶粒 細化晶?？捎行У目s短保溫時間，晶粒越細越好。 加長鋁棒加熱爐，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：a) 不增加均勻化處理爐。b) 充分利用鋁