6063挤压型材条纹缺陷产生原因分析及解决措施周春荣 张宏辉（广东豪美铝业有限公司，广东，清远 511540）摘要：根据多年现场的生产经验总结，主要分析了装饰用、表面质量要求高的6063热挤压铝型材表面条纹产生的原因，并提出了解决措施。关键词：6063铝合金；挤压；条纹6表一 6063合金化学成分,%合金元素SiFeCuMnMgCrZnTi其他Al单个合计W0.200.600.350.100.100.450.90.100.100.100.050.15余量随着人们生活质量的不断提高，建筑行业的不断发展，以及出口比例的不断增加，铝合金型材的用量也越来越大。与此同时，人们对铝型材的装饰性能的要求也越来越严格。给铝加工行业提出了新的挑战，同时也刺激了中国铝加工行业的进步和发展。下面就我们在现场的多年生产经验，单就6063铝型材的表面和氧化后条纹这一缺陷进行分析和探讨。1. 条纹的分类按照表面处理要求，可以分为表面处理前条纹和表面处理后条纹。按条纹产生的机理分，可分为组织条纹、变形条纹、加工条纹。组织条纹主要是由铸棒质量和化学成分引起的；变形条纹也就是工作带条纹，主要由模具设计和加工缺陷引起的；加工条纹为挤压过程中产生的，与铸棒的加热温度、挤压速度等工艺密切相关。2. 产生的原因及解决措施21 铸棒质量 铸棒质量是产生组织条纹的主要原因，我们可以从铸锭的化学成分和铸锭质量两个方面来分析和探讨。2.1.1 化学成分的合理控制6063合金是AlMgSi系合金的典型代表，具有良好的可挤压性能。其化学成分范围见表一：表 表一为GB/T3190-1996的化学成分，从表中我们可以看出，6063化学元素的含量范围比较大。但在实际生产中，需要根据不同的用途来合理配置各种元素的范围。6063合金中Si、Mg、Fe的合理配置对型材表面质量和力学性能有很大的关系。Mg、Si的总量和比例至关重要，根据多年的现场经验，要得到理想的力学性能和表面质量，按不同的用途，Mg、Si元素的总量可控制在0.851.0比较合适。确定Mg、Si的总量后，我们需从Mg/Si的比值和过剩硅及Fe元素含量来分析确定Mg、Si、Fe的合理分配。我们知道Mg、Si在6063成分中主要形成Mg2Si强化相，其比例AMg的原子2/Si的原子量24.812/28.091.73，当A1.73时，即Mg元素过剩，Mg元素过剩将增大有效结晶温度区间，增加铸锭的裂纹倾向。因此我们一般控制Si元素过剩。过剩Si含量的数量需结合合金中Fe元素的含量综合考虑。我们可按照过剩Si合金中Si的含量Mg2Si中Si的含量合金中（FeMn）元素总含量的四分之一来计算。一般我们使用的99.7的纯铝锭中Fe的含量0.20左右，为使过剩硅与Fe形成Fe3Si2Al12相及Fe2Si2Al9相（其显微硬度相对较低），而不形成FeAl3和显微硬度更高的块状Si，所以一般控制过剩Si的含量在0.060.10（这里提到的Mg/Si比控制仅对6063合金而言，对其它合金另当别论）。这样在挤压过程中合金跟工作带的摩擦减少，表面条纹也就相对减少。 2.1.2化学成分的均匀性 前面已提到6063合金中Mg、Si、Fe等元素的合理配置直接影响到型材的表面质量。当成分配置合理时，如果成分搅拌不均匀，将同样严重影响型材的表面质量。因为合金元素的加入都是以块状形式加入的，这样加入的位置相对较集中，合金元素很容易在局部集结，形成局部的高浓度区。我们需通过搅拌使合金元素的高浓度区与 低浓度区产生对流，加速合金元素的溶解，达到成分均匀的目的。 2.1.3 熔体中含气量的影响 熔体中的含气量主要是指熔体中氢的含量。它的来源非常多，需要从原辅材料、炉气、炉衬、工具、燃油、涂料、糊制物、流槽以及熔炼工程中的温度等各个环节进行控制。原辅材料包括铝锭、合金元素、溶剂、以及精炼时使用的氮气等。在南方，尤其是湿雨天气时，在铝的电解过程中，铝液中不可避免含有气体，其气体的主要成分为氢，大约占了7090。溶剂指精炼剂、打渣剂以及覆盖剂，各类溶剂在使用过程中由于直接跟铝液接触，一旦溶剂在运输和保存过程中出现烂包的现象，溶剂就很容易吸收潮湿空气中的水分。同时精炼过程中使用的氮气或其它惰性气体如果纯度不够（一般要求99.99以上），也会带入大量的水分和其它气体。在高温条件下，铝与各环节带入的水分起如下反应：2Al3H2OAl2O36H这样，液态铝与水分反应，一部分生产三氧化二铝和原子氢，严重污染熔体质量，提高熔体中的氢含量。燃油中的水含量常常在生产过程中常常被人们忽视，不同品位和牌号的燃油水含量相差很大，一般要求水含量不大于0.5。2.1.4 铸锭的结晶组织因素 铸锭结晶组织的好坏直接影响到制品的表面质量。粗大的晶粒在挤压过程中，与模孔摩擦被拉长，形成条状。6063合金中化学元素对晶粒度大小的影响不是很明显，主要是熔炼和铸造工艺引起的。熔炼温度一般控制在720760，温度过低，合金元素得不到充分溶解，温度过高， 熔体氧化吸气的倾向性增大。熔体过热、铸造温度过高时，单位面积晶核数量就会减少，晶粒相应粗大。如果冷却速度较弱、铸造速度过快，晶核就会快速长大，形成粗大晶粒。所以我们需要根据不同的棒径选择合理的铸造速度和冷却强度。同时，应该经常检查冷却环的水眼是否堵塞。局部或小范围的堵塞也很容易形成局部晶粒粗大。图一 铸锭低倍组织检查 晶粒度达到一级图二 铸锭低倍组织检查 边部局部粗大晶粒图三 局部晶粒粗大放大图2.2 挤压过程2.2.1 铸棒加热的均匀性 随着人们对环境保护意识的不断增强，铸棒加热炉由要来的煤加热逐渐转向于燃气、燃油加热。加热方式也由原来的短棒加热转变为长棒热剪式。我们公司研制、制造的燃气加热长棒热剪炉设备经过不断的更新换代，现已达到国内领先水平。它与传统的燃煤加热炉相比，有加热速度快、操作便捷、加热温度均匀、生产效率高（提高38）等特点。加热温度不均匀、温差过大，势必会影响型材的表面质量。2.2.2 采用合理的挤压工艺，减少氧化物的卷入 氧化物条痕主要是在挤压过程中产生的，主要体现在以下几个方面：1. 铸棒的表面质量 采用燃煤加热方式加热后的铸棒，铸棒表面会有一层煤灰，如果不及时清理，挤压筒边沿会越积越多，到一定程度时，这部分带灰尘的金属也参与流动到制品表面形成白点。硬质的非金属物如粘附在模具工作带上，将会产生条纹甚至有手感的划线等缺陷。长棒热剪炉由于配备了在线清刷系统，在铸棒进炉前，对铸棒表面进行清刷，灰尘和部分氧化物得到充分清理。2. 挤压压余设定不合理 有的公司在生产时过于追求生产效益，把挤压压余设定的非常薄。根据正向挤压时金属的流动性原理，在挤压的终了阶段，纵向上的金属供应体积大大减少，锭坯后端的金属迅速改变其应力状态，克服挤压垫片的摩擦作用，产生径向流动，流入制品。一般我们可以通过设定合理的压余来剪去这部分带有表皮氧化物的金属。如果压余设定太薄，表皮氧化物或硬质物集结在工作带上，形成表面条纹等缺陷。6063建筑型材我们可以根据挤压筒的大小来设定压余的厚度，具体如下：表二 不同挤压筒径的最小压余量挤压筒径（，mm）90130180240320压余厚度（mm）1525304050挤压厚壁型材时还需增大残料挤压。3. 工模具的正确使用 3.1 挤压筒内套的及时修整 挤压筒内衬在长时间的高温、高压摩擦条件下，挤压筒产生大肚或局部的脱落。严重时影响金属流动的连续性，使表皮金属提前参与流动从而影响制品表面质量。检查周期可以按下表执行：表三 挤压筒内套检查周期机台（吨）内套检查周期5000吨6个月3500吨4个月2000吨 1630吨1.5个月1250吨 800吨1个月600吨半个月3.2 挤压筒与模具的中心位偏离的影响 在挤压生产中，要求挤压筒的中心严格与模具的中心位在一条线上，尤其使宽扁型材。宽扁型材的模具进料口相对挤压筒边缘比较小的情况下，如果模具的中心与挤压筒中心不在一条直线上，很容易导致进料口单边离挤压筒边缘的距离减少。这样使阻碍表皮金属流动的死区减少，表皮金属更容易流入制品表面形成夹杂和条纹等缺陷。 模孔与挤压筒边沿的最小距离可按参考表四。表四 模孔与挤压筒边沿距离挤压机吨位模孔与挤压筒边沿距离5000吨20mm3500吨15mm2000吨 1630吨10mm1250吨 800吨8mm4. 模具的加工和使用 模具是挤压成型的关键，是保证产品的形状、尺寸和精度的基本工具，同样也是影响产品表面质量的最直接、最重要的的因素之一。合理的模具设计不仅能提高模具的尺寸精度和使用寿命，也能从根本上决定型材的表面质量。同样一个好的模具设计，也需要好的模具加工和后期的使用、维护来作保证。这里仅从后期的使用和维护来谈谈与表面条纹缺陷的影响。4.1 模具的加温工艺的影响 模具的加热制度可根据不同的规格大小的模具选择不同的加热制度。有专家指出可按1.21.5分钟/mm来计算模具的保温时间。大模具取上限，小模具取小限。保温温度一般控制在450480之间。长时间的加温热或高温加热会降低模子硬度，模子工作带会产生点腐蚀或氧化脱碳。挤压生产时产生毛刺、条纹等缺陷。4.2 模具的加热方式的影响 好的加热制度需要好的加热工具来保证，我们许多公司的模具加热炉在设计上存在很大的缺陷，如无循环风、无隔热、加热系统集中布置等。这样的加热系统加热出来的模具温度很难保证，而且很不均匀，尤其是一些大的模具，模具的左右温度都不一样。挤压生产时，很容易在表面产生分色、条纹，严重的导致产品偏壁、不成型等缺陷。4.3 模具的修理 当由于模具设计不当，尺寸和形状得不到保证时，我们需要通过后期的修整来弥补模具设计和加工存在的缺陷。在比较国外和我们广东一些公司的修模技术时，我们发现广东地区的部分厂家修模的一个很不好的手段烧焊。烧焊这种修复方式虽然快捷，对表面质量要求不高的型材可以适当应用，但烧焊时由于在模具局部产生急剧高温，尤其在接近工作带附件的地方烧焊时，直接破坏周围工作带的硬度。烧焊后的地方形成的局部突起，在挤压过程中引起金属的紊流产生表面应力，使金属不能连续流动，在挤压生产时或氧化后产生条纹等缺陷。4.4 模具的氮化和使用规范 为确保模具的使用寿命和保证型材的表面质量，模具在氮化后要有规律地进行安排生产。尤其是第一的氮化后，不能一次生产太多。因为一次氮化层非常薄，在高温、高压的摩擦条件下，很容易被磨穿。当局部被磨损后，在第二次氮化时，容易存在氮化层不均匀、工作带表面硬度不一致等缺陷。容易产生条纹。具体操作可参考表五。氮化次数平面模分流模第一次2030 3040；第二次3050 4060 第三次5070 6080第四次100120 120150 第五次氮化后可随机生产（铝型材挤压模一般氮化5次足可）。 表五 模具氮化后可生产的最多棒数（个）表面条纹的产生影响因数很多，我们在遇到这类问题时，必须从各个环节全面考虑。文中的一些观念为作者的个人看法和总结，有些不够详尽和透彻，希望能得到大家的指点。参考文献： 吴锡坤主编 铝型材加工实用技术手册 马怀宪主编 金属塑性加工学 刘静安主编 挤压工模具的设计和加工