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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(duì)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(duì)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)鋁合金建筑型材的重要的一環(huán)。 1 合金元素的作用及其對(duì)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。 2．1．2 Mg2Si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(duì)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 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(duì)于T5狀態(tài)交貨的型材，取200MPa為設(shè)計(jì)值。從圖1可知，抗拉強(qiáng)度在200MPa左右時(shí)，Mg2Si量大約為0．8%，而對(duì)于T6狀態(tài)的型材，我們?nèi)】估瓘?qiáng)度設(shè)計(jì)值為230 MPa，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(duì)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(duì)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。 圖2示出了我廠6063鋁合金T5和T6狀態(tài)型材化學(xué)成分的選擇范圍。圖中示出了過Si上限線和下限線。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200～240 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(duì)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，F(xiàn)e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。
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