6063鋁合金的化學(xué)成分成為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋁合金建筑型材的較重要的一環(huán)。
性能的影響
6063鋁合金是AL-Mg-Si系中具有中等強度的可熱處理強化合金,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)。
經(jīng)自然時效再通過冷加工的狀態(tài).
1.1Mg的作用和影響 Mg和Si組成強化相Mg2Si,Mg的含量愈高,Mg2Si的數(shù)量就愈多,熱處理強化效果就愈大,型材的抗拉強度就愈高,但變形抗力也隨之加大,合金的塑性下降,加工性能變壞,耐蝕性變壞。
1.2Si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,金屬流動性加大,鑄造性能變好,熱處理強化效果增加,型材的抗拉強度提高而塑性降低,耐蝕性變壞。
2.1Mg2Si量的確定
2.1.1Mg2Si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,是一種不穩(wěn)定相,會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。 能起強化作用Mg2Si相是當(dāng)其處于β’’彌散相狀態(tài)的時候,將β相變成β’’相的過程就是強化過程,反之則是軟化過程。
2.1.2Mg2Si量的選擇 6063鋁合金的熱處理強化效果是隨著Mg2Si量的增加而加大。當(dāng)Mg2Si的量在0.71%~1.03%范圍內(nèi)時,其抗拉強度隨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,對于擠壓系數(shù)偏小(小于或等于30)的制品,抗拉強度值有達不到標(biāo)準(zhǔn)要求的危險。當(dāng)Mg2Si量超過0.9%時,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,實踐證明.該合金的抗拉強度較高可達到260MPa。但大批量生產(chǎn)的影響因素很多,不可能確保都達到這么高。綜合的考慮,型材既要強度高,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)計合金強度時,對于T5狀態(tài)交貨的型材,取200MPa為設(shè)計值。從圖1可知,抗拉強度
在200MPa左右時,Mg2Si量大約為0.8%,而對于T6狀態(tài)的型材,我們?nèi)】估瓘姸仍O(shè)計值為230 MPa,此時Mg2Si量就提高到0.95%。
2.1.3Mg含量的確定 Mg2Si的量一經(jīng)確定,Mg含量可按下式計算: Mg%=(1.73?Mg2Si%)/2.73
2.1.4Si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。 但是實踐證明,若按Si基進行配料時,生產(chǎn)出來的合金其抗拉強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以補充Si的損失。合金中有過剩的Si還會對提高抗拉強度起補充作用。合金抗拉強度的提高是Mg2Si和過剩Si貢獻之和。當(dāng)合金中Fe含量偏高時,Si還能降低Fe的不利影響。但是由于Si會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)實際經(jīng)驗認(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)%
控制范圍3.1Mg的控制范圍 Mg是易燃金屬,熔煉操作時會有燒損。在確定Mg的控制范圍時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)驗和本廠配料、熔煉和化驗水平,將Mg的波動范圍控制在0.04%之內(nèi),T5型材取0.47%~0.50%,T6型材取0.57%~0.60%。
3.2Si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。因為該廠控制Si過為0.09%~0.13%,所以Mg/Si應(yīng)控制在1.18~1.32之間。
3.36063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,比如想將Mg2Si量增加到0.95%,以便有利于生產(chǎn)T6型材時,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Si約為0.46%,Si過為0.11%,Mg/Si為1.
3.4結(jié)束語 根據(jù)我司的經(jīng)驗,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,型材的抗拉強度都處在200~240 MPa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進行嚴(yán)格控制。若Fe含量過高,會使擠壓力加大,擠壓材表面質(zhì)量變差,陽較氧化色差加大,顏色灰暗而無光澤,F(xiàn)e還降低合金的塑性和耐蝕性。實踐證明,將Fe含量控制在0.15%~0.25%范圍內(nèi)是比較理想的。
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
也適用于需方對任何狀態(tài)的加工產(chǎn)品熱處理后
鋁Al:余量
力學(xué)性能:
抗拉強度 σb (MPa):≥250
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
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