6063合金加工的基本知识

​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 ：

4、合金含量计算方法：

二、过程原理

1、温度与时间过程

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

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

l 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。

l 中间区：均匀化保温区，应保证棒在570℃保温1-2小时。

l 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分别为模具的外形尺寸：厚度（d），止口（e）×Φf，外径Φg；关系为d>a+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）

5.2  表面处理后显在的不良

5.3  与内部品质有关的不良

6、挤压材的检查

6.1 新模试模验收的检查

6.1.1 全尺寸检查，并根据尺寸的稳定性、重要性程度，从中选出生产时在线检查的尺寸项目（即“必检尺寸”）；

6.1.2 应确认在正常挤压条件下形状、尺寸的稳定性；

6.1.3 确认该模挤出材的组织是否符合后处理要求（如加工、阳极氧化等）与满足使用要求（如力学性能、焊合性能等），对性能薄弱的部分应去除（如收尾、头部夹心等）；

6.2 在线检查

6.2.1 首件检查应取挤出后无变形的试样做从形状到尺寸再到焊合性、表面处理性的检查，对控重的产品还应检查米重，首检应连续检查3次（即头1-3个棒挤出的试样，每个棒至少头、中、尾各一个样）；

6.2.2 过程抽查，按过程的稳定性程度及受检项目易变化程度选择性抽查一些项目检查，一般20个棒左右检一次，易变化项目约10个棒检一次，这些项目的确定依产品形状、大小、材质不同而异，依赖品质管理者或现场主管按现场情况确定并以文件形式确定下来，作成相关类标准作业文件；

6.3.3 挤压结束

不一定生产任务结束才退模，当下列情况发生时，必须退模：

① 挤出品表面粗化或出现模痕；

② 挤出品形状变化、尺寸变化，此时应沿发现的那一支起往前追朔，直至变化的产品全部被找出来为止；

③ 挤压条件恶化（如挤出时异常导致中途闷车、挤压力太高或连续打滑）；

④ 达到该模挤压规定量时；

  应将挤压结束的情况记下来，并留样以便修模或下次挤压时注意。

6.4 关于挤出品形状与尺寸检查

6.4.1 对于特别异形产品的形状检查：应作成相应的标准治具检查，可能形状比尺寸会更重要，一定要确定形状正确前提下再检查尺寸，现场有时无治具，则应对照1：1图面进行检查，故工程制图时要绘出1：1图纸供现场使用，并保证1：1打印；

6.4.2 尺寸检查：一般尺寸使用够量程范围的带表游标卡尺即可，但对于公差全程小于0.1的尺寸最好用千分尺要保证测量精度，尤其对厚度尺寸，当控制较严（±0.05以内）时，一定要用壁厚千分尺；

6.4.3 对量具的校验，使用者应随时校正零点与飘移，专业校正人员则应定期用标准件对量具进行校核，确保量具精度的统一，否则现场很容易出现不同卡尺得出不同结论的情况。