铝型材挤压工艺的优化

6063铝型材挤压工艺的优化

作者：小勇刊登于-07-19

1化学成分的优化控制

6063r5建筑铝型材必须具有一定的力学性能。在其他条件相似时，其抗拉强度、屈服强度随

含量增长而升高。6063台金的强化相重要是Mg2Si相,究竟Mg、Si和Mg2Si的量应取多少为好？

Mg2Si相是由2个镁原子同1个硅原子构成，镁的相对原子质量为24.31,硅日勺相对原子质量为

28.09,因此Mg2Si化合物中,镁硅的质量比为1.73：k

因此，可根据以上分析成果，假如镁硅含量比值小小于1.73,则合金中镁除形成Mg2Si相外，

尚有过剩镁，反之比值不不小于1.73,则表明硅除形成Mg2Si相外，尚有剩余硅。

镁过剩对合金力学性能是有害H勺。镁一般控制在0.5%左右，Mg2Si总量控制在0.79%。当

硅过剩0.01%时合金的力学性能。b约为218Mpa,已大大超过国标性能，并过剩硅从0.01%提

高到0.13%,。b可提高到250Mpa,即提高14.6%。要形成一定量的Mg2Si,必须首先考虑到

Fe与Mn等杂质含量导致H勺硅损失，即要保证有一定量的过剩硅。为了使6063合金中的镁充足与

硅匹配，实际配料时，必须故意识地使Mg：Si<l.73o镁时过剩不仅减弱强化效果，并且又增

长了产品成本。

因此,6063合金的成分一般控制为:Mg：0.45%-0.65%；Si：0.35%-0.50%；Mg：Si=l.25-1.30；

杂质Fe控制在V0.10%-0.25%；Mn<0.10%。

2优化铸锭均匀化退火工艺

在民用挤压型材生产时，6063合金日勺高温均匀化退火规范为：560±20℃,保温4-6h,冷却方

式为出炉强迫风冷或喷水急冷o

合金的均匀化处理能提高挤压速度，同未均匀化处理的铸锭相比，大概可使挤压力减少6%

TO%。均匀化处理后冷却速度对组织的析出行为有重要日勺影响。对均热后快冷的铸锭，Mg2Si几

乎能所有固溶于基体，过剩的Si也将固溶或以弥散析出日勺细小质点存在。这样的铸锭可以在较低

温度下迅速挤压，并获得优良口勺力学性能和表面光亮度。

在铝型材挤压生产中，以燃油或燃气加热炉替代电阻加热炉可收到明显的I节能降耗效果。合理

地选择炉型、燃烧器及空气循环方式可使炉子获得均匀稳定的加热性能，到达稳定工艺提高产品质

量的目的。

燃烧式铸锭加热炉经几年来运行和不停改善，目前市场上已推出燃烧效率高于40%的炉型。

铸锭装炉后迅速升温到570C以上，并经一段保温时间后，在出料区冷却到靠近挤压温度时出炉挤

压，铸锭在加热炉经历了半均匀化过程，这一过程称半均质处理，基本上符合6063合金热挤压工

艺规定，从而可省单独的均匀化工序，可大大节省设备投资和能耗，是一种值得推广的工艺。

3优化挤压和热处理工艺

3.1铸锭加热

对挤压生产来说，挤压温度是最基本的且最关键的工艺原因。挤压温度对产品质量、生产效率、

模具寿命、能量消耗等都产生很大影响。

挤压最重要的问题是金属温度日勺控制，从铸锭开始加热到挤压型材日勺淬火都要保也可溶解的相

组织不从固溶中析出或展现小颗粒的弥散析出。

6063合金铸锭加热温度一般都设定在Mg2Si析出的温度范围内，加热的J时间对Mg2Si的析出

有重要的影响，采用迅速加热可以大大减少也许析出的时间。一般来说，对6063合金铸锭的加热

温度可设定为:

未均匀化铸锭：460-520℃：均匀化铸锭：430-480℃o

其挤压温度在操作时视不一样制品及单位压力大小来调整。在挤压过程中铸锭在变形区H勺温度

是变化的，伴随挤压过程的完毕，变形区的温度逐渐升高，并且伴随挤压速度的提高而提高。因此

为了防止出现挤压裂纹，伴随挤压过程的进行和变形区温度的升高，挤压速度应逐渐减少。

3.2挤压速度

挤压过程中必须认真控制挤压速度。挤压速度对变形热效应、变形均匀性、再结晶和固溶过程、

制品力学性能及制品表面质量均有重要影响。

挤压速度过快，制晶表面会出现麻点、裂纹等倾向。同步挤压速度过快增长了金属变形H勺不均

匀性。挤压时日勺流出速度取决于合金种类和型材的几何形状、尺寸和表面状况。

6063合金型材挤压速度（金属的流出速度）可选为20-100米/分。

近代技术日勺进步，挤压速度可以实现程序控制或模拟程序控制，同步也发展了等温挤压工艺和

CADEX等新技术。通过自动调整挤压速度来使变形区的温度保持在某一恒定范围内，可到达迅速挤

压而不产生裂纹的目日勺。

为了提高生产效率，在工艺上可以采用诸多措施。当采用感应加热时，沿铸锭长度方向上存在

着温度梯度40-60℃（梯度加热），挤压时高温端朝挤压模，低温端朝挤压垫，以平衡一部分变形热;

也有采用水冷模挤压H勺，即在模子后端通水强制冷却，试脸证明可以提高挤压速度30%-50%。

近年来在国外用氮气或液氮冷却模具（挤压模）以增长挤压速度，提高模具寿命和改善型材表面

质量。在挤压过程中将氮气引到挤压模出口处放出，可以使被冷却日勺制品急速收缩，冷却挤压模和

变形区金属，使变形热被带走，同步模子出口处被氮口勺气氛所控制，减少了铝的氧化，减少了氧化

铝粘接和堆积，因此氮气的冷却提高了制品日勺表面质量，可大大的提高挤压速度。CADEX是近来发

(1)体积法

Vo二VI十Vn

AoLo=Al•LI+A•Ln

Lo/Ko=Ll/入十Ln

Lo=(Ll/X+Ln)・K..............................................(1)

式中：Vo——铸锭体积(mm3)；

VI----型材体积(mm3)：

Vn----压余体积(mm3)；

Ao----铸锭面积(mm2)；

Lo——铸锭长度(mm)；

Al----型材截面积(mm2)；

L1——型材长度(mm);

A----挤压筒面积(mm2)；

Ln----压余长度(mm)；

K=A/Ao充填系数；

入二A/A1挤压系数。

按照体积不变道理，经简化之后整顿为公式(1),K与Ln可以认为是常数，只规定入，确定

Lmax,可以便地求出Lo,即铸锭长度。

(2)质量法

mo=ml十mn

PLoLo=Ll•PLl+mn

Lo=(Ll-PLl+mn)•PLo....................................................................................(2)

式中：Lo铸锭长度；

LI型材压出长度(m)；

PLI型材线密度(Kg/m)；

nin压余重量(Kg)；

mo铸锭重量(kg)

ml压出型材重量(kg)

PLo铸锭线密度(Kg/m)；

⑵式还可以再变化一下，即：L『n・L定+L12

Lo=[•L定十L12)•PLl+mn]•PLo-1

⑶

式中：n定尺支数:

L定定尺寸长度(m)；

L12切头切尾长度(m)。

(3)式比较直观以便的计算出Lo在实际工作中PL1是伴随型材壁厚口勺不停变化而增长的。为

以便上工序供锭，大设备日勺铸锭长度可设定30廊为一档，小设备设定为20mm为一档。我们可以根

据公式(3)制定PL1、Lo、n、L1对照表。一般民用建筑型材供货长度为6小。这种对照表对工艺技

术员和计划员日勺使用是十分以便的。

公式⑶又可以简化为下式：

Lo=KnLl+C.................................(4)

Kn是与n有关Fl勺系数；

C是与机型有关H勺常数；

PL1是Lo的函数，可以编好程序输入计算机，比较精确地计算出Loo

3.7提高挤压成品率的措施

影响挤压型材成品率口勺原因诸多我们能计算得出几何废料,在挤压生产中产生的废料一般分为

几何废料和技术废料，几何废料是生产过程中仅与制品生产工艺有关的废料。压余、切头、切尾等

均属几何废料。技术废料是在生产过程中，由于不对的执行工艺操作规程，人为导致废品(包括试

模废料、铸造缺陷带来的废品等)。技术废品是可以防止和减少H勺，几何废品是不可防止日勺，但可

通过优化挤压工艺和精确计算铸锭长度等措施来减少。

挤压生产中几何废料口勺大小可用下式表达：

N=Nn十N12.................................(5)

N几伺废料(％)

Nn压余废料(%)

N12切头废料(%)

Hn=K/Lo•Ln

N12=K/Lo•L12/X

N=K/Lo•(Ln+L12/X).......................................(6)

N=K/Lc•(Ln+L12/X)

K充填系数；

Lo铸锭长度(mm)；

Ln压余长度(nun,随挤压筒直径而变)；

L12切头尾(mm,随制品规格而变);

X挤压系数。

从(6)式中可以明显看出，铸锭长度L。越长，挤压系数越大，则几何废料N