6063鋁合金介紹
6063鋁合金廣泛用于建筑鋁門窗、幕墻的框架，為了保證門窗、幕墻具有高的抗風(fēng)壓性能、裝配性能、耐蝕性能和裝飾性能，對鋁合金型材綜合性能的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工業(yè)型材標(biāo)準(zhǔn)。在國家標(biāo)準(zhǔn)gb/t3190中規(guī)定的6063鋁合金成分范圍內(nèi)，對化學(xué)成分的取值不同，會(huì)得到不同的材質(zhì)特性，當(dāng)化學(xué)成分的范圍很大時(shí)，其性能差異會(huì)在很大范圍內(nèi)波動(dòng)，以致型材的綜合性能會(huì)無法控制。因此，優(yōu)選6063鋁合金的化學(xué)成分成為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋁合金建筑型材的Zui重要的一環(huán)。
1 合金元素的作用及其對性能的影響6063鋁合金是al-mg-si系中具有中等強(qiáng)度的可熱處理強(qiáng)化合金，mg和si是主要合金元素，優(yōu)選化學(xué)成分的主要工作是確定mg和si的百分含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)。1．1 mg的作用和影響mg和si組成強(qiáng)化相mg2si，mg的含量愈高，mg2si的數(shù)量就愈多，熱處理強(qiáng)化效果就愈大，型材的抗拉強(qiáng)度就愈高，但變形抗力也隨之增大，合金的塑性下降，加工性能變壞，耐蝕性變壞。1．2 si的作用和影響si的數(shù)量應(yīng)使合金中所有的mg都能以mg2si相的形式存在，以確保mg的作用得到充分的發(fā)揮。隨著si含量增加，合金的晶粒變細(xì)，金屬流動(dòng)性增大，鑄造性能變好，熱處理強(qiáng)化效果增加，型材的抗拉強(qiáng)度提高而塑性降低，耐蝕性變壞。
2 mg和si含量的選擇 2．1 mg2si量的確定2．1．1 mg2si相在合金中的作用 mg2si在合金中能隨著溫度的變化而溶解或析出，并以不同的形態(tài)存在于合金中：(1)彌散相β’’固溶體中析出的mg2si相彌散質(zhì)點(diǎn)，是一種不穩(wěn)定相，會(huì)隨溫度的升高而長大。 (2)過渡相β’是β’’由長大而成的中間亞穩(wěn)定相，也會(huì)隨溫度的升高而長大。
(3)沉淀相β是由β’相長大而成的穩(wěn)定相，多聚集于晶界和枝晶界。能起強(qiáng)化作用mg2si相是當(dāng)其處于β’’彌散相狀態(tài)的時(shí)候，將β相變成β’’相的過程就是強(qiáng)化過程，反之則是軟化過程。 2．1．2mg2si量的選擇6063鋁合金的熱處理強(qiáng)化效果是隨著mg2si量的增加而增大。參見圖1[1]。當(dāng)mg2si的量在0．71%～1．03%范圍內(nèi)時(shí)，其抗拉強(qiáng)度隨mg2si量的增加近似線性地提高，但變形抗力也跟著提高，加工變得困難。但mg2si量小于0．72%時(shí)，對于擠壓系數(shù)偏小(小于或等于30)的制品，抗拉強(qiáng)度值有達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求的危險(xiǎn)。當(dāng)mg2si量超過0.9%時(shí)，合金的塑性有降低趨勢。gb/t5237．1—2000標(biāo)準(zhǔn)中要求6063鋁合金t5狀態(tài)型材的σb≥160mpa，t6狀態(tài)型材σb≥205mpa，實(shí)踐證明．該合金的Zui高可達(dá)到260mpa。但大批量生產(chǎn)的影響因素很多，不可能確保都達(dá)到這么高。綜合的考慮，型材既要強(qiáng)度高，能確保產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)要求，又要使合金易于擠壓，有利于提高生產(chǎn)效率。我們設(shè)計(jì)合金強(qiáng)度時(shí)，對于t5狀態(tài)交貨的型材，取200mpa為設(shè)計(jì)值?？估瓘?qiáng)度在200mpa左右時(shí)，mg2si量大約為0．8%，而對于t6狀態(tài)的型材，我們?nèi)】估瓘?qiáng)度設(shè)計(jì)值為230mpa，此時(shí)mg2si量就提高到0．95%。 2．1．3 mg含量的確定 mg2si的量一經(jīng)確定，mg含量可按下式計(jì)算：mg%=（1.73×mg2si%）/2.73 2．1．4 si含量的確定si的含量必須滿足所有mg都形成mg2si的要求。由于mg2si中mg和si的相對原子質(zhì)量之比為mg/si=1．73，所以基本si量為si基=mg/1．73[2]。但是實(shí)踐證明，若按si基進(jìn)行配料時(shí)，生產(chǎn)出來的合金其抗拉強(qiáng)度往往偏低而不合格。顯然是合金中mg2si數(shù)量不足所致。原因是合金中的fe、mn等雜質(zhì)元素?fù)寠Z了si，例如fe可以與si形成alfesi化合物。所以，合金中必須要有過剩的si以補(bǔ)充si的損失。合金中有過剩的si還會(huì)對提高抗拉強(qiáng)度起補(bǔ)充作用。合金抗拉強(qiáng)度的提高是mg2si和過剩si貢獻(xiàn)之和。當(dāng)合金中fe含量偏高時(shí)，si還能降低fe的不利影響。但是由于si會(huì)降低合金的塑性和耐蝕性，所以si過應(yīng)有合理的控制。我廠根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為過剩si量選擇在0．09%～0．13%范圍內(nèi)是比較好的。 合金中si含量應(yīng)是：si%=(si基+si過)% 3 合金元素控制范圍的確定 3．1 mg的控制范圍mg是易燃金屬，熔煉操作時(shí)會(huì)有燒損。在確定mg的控制范圍時(shí)要考慮燒損所帶來的誤差，但不能放得太寬，以免合金性能失控。我們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和本廠配料、熔煉和化驗(yàn)水平，將mg的波動(dòng)范圍控制在0．04%之內(nèi)，t5型材取0．47%～0．50%，t6型材取0．57%～0．60%。
3．2 si的控制范圍當(dāng)mg的范圍確定后，si的控制范圍可用mg/si比來確定。因?yàn)樵搹S控制si過為0．09%～0．13%，所以mg/si應(yīng)控制在1．18～1．32之間。6063鋁合金t5和t6狀態(tài)型材化學(xué)成分的選擇范圍。若要變更合金成分時(shí)，比如想將mg2si量增加到0．95%，以便有利于生產(chǎn)t6型材時(shí)，可沿過si上下限區(qū)間將mg上移至0．6%左右的位置即可。此時(shí)si約為0．46%，si過為0．11%，mg/si為1．3。4 結(jié)束語根據(jù)我廠的經(jīng)驗(yàn)，在6063鋁合金型材中mg2si量控制在0．75%～0．80%范圍內(nèi)，已完全能夠滿足力學(xué)性能的要求。在正常擠壓系數(shù)(大于或等于30)的情況下，型材的抗拉強(qiáng)度都處在200～240mpa范圍內(nèi)。而這樣控制合金，不僅材料塑性好，易于擠壓，耐蝕性高和表面處理性能好，而且可節(jié)約合金元素。但是還應(yīng)特別注意對雜質(zhì)fe進(jìn)行嚴(yán)格控制。若fe含量過高，會(huì)使擠壓力增大，擠壓材表面質(zhì)量變差，陽極氧化色差增大，顏色灰暗而無光澤，fe還降低合金的塑性和耐蝕性。實(shí)踐證明，將fe含量控制在0．15%～0．25%范圍內(nèi)是比較理想的。
表面腐蝕現(xiàn)象的預(yù)防措施
硅引起6063鋁合金型材腐蝕的行為完全是可以預(yù)防和控制的，只要對原材料的進(jìn)貨、合金成分進(jìn)行有效控制，保證鎂、硅比例在1.3～1.7范圍內(nèi)，并且對各工序的參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免硅產(chǎn)生偏析和游離，盡量使硅和鎂形成有益的mg2si強(qiáng)化相。
如果發(fā)現(xiàn)有這種硅腐蝕點(diǎn)現(xiàn)象，在表面處理時(shí)就應(yīng)該特別注意，在脫脂除油過程中，盡量使用弱堿性槽液，如果條件不允許，也應(yīng)該在酸性除油液中浸泡的時(shí)間盡量縮短(合格的鋁合金型材在酸性脫脂液中放20～30min無問題，而有問題的型材上只能放置1～3min)，而且以后的洗水ph值要高一些(ph＞4，控制cl-含量)，在堿腐蝕過程中盡量延長腐蝕時(shí)間，在中和出光時(shí)要使用硝酸出光液，在硫酸陽極氧化時(shí)應(yīng)盡快通電氧化處理，這樣，由硅引起的暗灰色腐蝕點(diǎn)就不明顯，可滿足使用要求。
6063化學(xué)成分
化學(xué)成分：
硅si：0.20-0.6
鐵fe: 0.35
銅cu：0.10
錳mn：0.10
鎂mg：0.45-0.9
鉻cr：0.10
鋅zn：0.10
鈦ti：0.10
鋁al：余量
其他：
單個(gè)：0.05 合計(jì)：0.15
力學(xué)性能
力學(xué)性能：
抗拉強(qiáng)度 σb (mpa)：≥150
伸長應(yīng)力 σp0.2 (mpa)：≥110
伸長率 δ5 (％)：≥7
注 ：棒材室溫縱向力學(xué)性能
試樣尺寸：直徑≤12.5