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1、6063铝合金化学成分的选择黎伯豪言淑纯6063铝合金广泛用于建筑铝门窗、幕墙的框架，为了保证门窗、幕墙具有高的抗风压 性能、装配性能、耐蚀性能和装饰性能，对铝合金型材综合性能的要求远远高于工业型材标 准。 在国家标准GB/T3190中规定的6063铝合金成分范围内，对化学成分的取值不同，会 得到不同的材质特性，当化学成分的范围很大时，其性能差异会在很大范围内波动，以致型材的综合性能会无法控制。因此，优选6063铝合金的化学成分成为生产优质铝合金建筑型材的最重要的一环。1合金元素的作用及其对性能的影响6063铝合金是 AL-Mg-Si系中具有中等强度的可热处理强化合金，Mg和Si是主要合金元素
2、，优选化学成分的主要工作是确定Mg和Si的百分含量（质量分数，下同）。1. 1 Mg的作用和影响 Mg和Si组成强化相 Mg2Si , Mg的含量愈高，Mg2Si的数量 就愈多，热处理强化效果就愈大， 型材的抗拉强度就愈高， 但变形抗力也随之增大， 合金的 塑性下降，加工性能变坏，耐蚀性变坏。1. 2 Si的作用和影响 Si的数量应使合金中所有的Mg都能以Mg2Si相的形式存在，以确保Mg的作用得到充分的发挥。随着Si含量增加，合金的晶粒变细，金属流动性增大，铸造性能变好，热处理强化效果增加，型材的抗拉强度提高而塑性降低，耐蚀性变坏。2 Mg和Si含量的选择2. 1 Mg2Si量的确定2. 1
3、 . 1 Mg2Si相在合金中的作用 Mg2Si在合金中能随着温度的变化而溶解或析出， 并以不同的形态存在于合金中：（1）弥散相固溶体中析出的 Mg2Si相弥散质点，是一种不稳定相，会随温度的升高而长大。（2）过渡相是 旷由长大而成的中间亚稳定相，也会随温度的升高而长大。（3）沉淀相B是由 旷相长大而成的稳定相，多聚集于晶界和枝晶界。能起强化作用 Mg2Si相是当其处于弥散相状态的时侯，将B相变成相的过程就是强化过程，反之则是软化过程。2 . 1 . 2 Mg2Si量的选择6063铝合金的热处理强化效果是随着Mg2Si量的增加而增大。参见图11。当Mg2Si的量在0. 71%1 . 03%范围
4、内时，其抗拉强度随 Mg2Si量的 增加近似线性地提高， 但变形抗力也跟着提高，加工变得困难。但Mg2Si量小于0 .72%时，对于挤压系数偏小（小于或等于30）的制品，抗拉强度值有达不到标准要求的危险。当Mg2Si量超过0.9%时，合金的塑性有降低趋势。GB/T5237 . 1 2000标准中要求6063铝合金T5状态型材的ob羽60MPa , T6状态型材 ob丝05MPa，实践证明.该合金的最高可达到260MPa。但大批量生产的影响因素很多，不可能确保都达到这么高。综合的考虑，型材既 要强度高，能确保产品符合标准要求，又要使合金易于挤压，有利于提高生产效率。我们设 计合金强度时，对于 T
5、5状态交货的型材，取200MPa为设计值。从图1可知，抗拉强度在 200MPa左右时，Mg2Si量大约为0. 8%，而对于T6状态的型材，我们取抗拉强度设计值 为230 MPa，此时 Mg2Si量就提高到0. 95%。Mg%=2 . 1 . 3 Mg含量的确定 Mg2Si的量一经确定，Mg含量可按下式计算:(1.73 Wg2Si% ) /2.732. 1.4 Si含量的确定 Si的含量必须满足所有 Mg都形成Mg2Si的要求。由于Mg2Si 中Mg和Si的相对原子质量之比为 Mg/Si=1 . 73，所以基本 Si量为Si基=Mg/1 . 732。 但是实践证明，若按 Si基进行配料时，生产出
6、来的合金其抗拉强度往往偏低而不合格。显然是合金中Mg2Si数量不足所致。原因是合金中的Fe、Mn等杂质元素抢夺了 Si,例如Fe 可以与Si形成ALFeSi化合物。所以，合金中必须要有过剩的Si以补充Si的损失。合金中有过剩的Si还会对提高抗拉强度起补充作用。合金抗拉强度的提高是Mg2Si和过剩Si贡献之和。当合金中 Fe含量偏高时，Si还能降低Fe的不利影响。但是由于 Si会降低合金的 塑性和耐蚀性，所以Si过应有合理的控制。我厂根据实际经验认为过剩Si量选择在0 . 09% 0 . 13%范围内是比较好的。合金中Si含量应是：Si%=（Si基+Si过）%3合金元素控制范围的确定3 . 1
7、Mg的控制范围 Mg是易燃金属，熔炼操作时会有烧损。在确定 Mg的控制范围 时要考虑烧损所带来的误差，但不能放得太宽，以免合金性能失控。 我们根据经验和本厂配料、熔炼和化验水平， 将Mg的波动范围控制在0 . 04%之内，T5型材取0 .47%0 . 50% , T6 型材取 0 . 57% 0 . 60%。3. 2 Si的控制范围 当Mg的范围确定后，Si的控制范围可用 Mg/Si比来确定。因为 我厂控制Si过为0 . 09%0 . 13%，所以Mg/Si应控制在1. 181. 32之间。 图2示出了 我厂6063铝合金T5和T6状态型材化学成分的选择范围。图中示出了过 Si上限线和下限线。
8、若要变更合金成分时，比如想将Mg2Si量增加到0 . 95%，以便有利于生产 T6型材时，可沿过Si上下限区间将 Mg上移至0.6%左右的位置即可。此时Si约为0.46% ,Si过为0.11% , Mg/Si 为 1.3。4结束语 根据我厂的经验，在6063铝合金型材中 Mg2Si量控制在0.75%0.80% 范围内，已完全能够满足力学性能的要求。在正常挤压系数（大于或等于30）的情况下，型材的抗拉强度都处在200240 MPa范围内。而这样控制合金，不仅材料塑性好，易于挤压， 耐蚀性高和表面处理性能好，而且可节约合金元素。但是还应特别注意对杂质Fe进行严格控制。若Fe含量过高，会使挤压力增大，挤压材表面质量变差，阳极氧化色差增大，颜色 灰暗而无光泽，Fe还降低合金的塑性和耐蚀性。实践证明，将Fe含量控制在0.15%0.25%范围内是比较理想的。