6063铝合金热挤压薄壁管材工艺探究

6063铝合金热挤压薄壁管材工艺探究
崔启为
【摘要】一种外径为φ392.4 mm的6063铝合金热挤压薄壁管材,客户要求使用6063合金生产,交付状态为T4状态,同时要求T4状态下屈服强度不低于90 MPa.但在实际生产过程中发现本公司现有的6063成分生产出的产品屈服强度始终不能满足客户要求.通过对挤压工艺及合金成分进行调整,研究了不同工艺参数对6063挤压管材表面质量和力学性能的影响.结果表明,当6063合金成分为0.47 Si、0.18 Fe、0.01 Cu、0.01 Mn、0.7 Mg、0.02 Zn、0.02 Ti时,铸锭加热温度不低于520℃,挤压速度满足1.5 m/min,并采用水雾淬火方式,可以生产出表面质量好,且符合客户力学性能技术要求的型材.
【期刊名称】《热处理技术与装备》
【年(卷),期】2018(039)006
【总页数】4页(P51-54)
【关键词】6063合金;挤压工艺;合金成分;力学性能
【作者】崔启为
【作者单位】辽宁忠旺集团有限公司,辽宁辽阳 111003
【正文语种】中文
【中图分类】TG376.2
6063铝合金是Al-Mg-Si系中具有中等强度的合金。

由于其具有良好的挤压性能
和可时效强化特性，该合金已经广泛地应用于建筑、交通和机械等行业。

目前，关于6063合金的成分设计、挤压和时效等生产工艺已经进行了较多研究[1-6]。

本
文在此基础上从成分构成和挤压工艺参数方面探讨了T4状态下6063合金力学性
能的提升方法。

通过改变合金内元素的含量，间接改变合金内部强化相的数量，并搭配使用相适应的挤压工艺制度，最终达到提高6063合金在T4状态下力学性能
的目的，为今后类似产品的生产提供了宝贵的经验。

1 试验材料及方法
1.1 试验材料
对现有的6063-①成分优化之后，增加了Mg元素，并适当降低Si元素含量，得
到6063-②合金，以便达到增加强化相含量的目的。

新开发的6063-②合金符合
国标GB/T3190—2008，具体成分如表1所示。

合金在熔炼时严格控制各元素的
含量、熔体内气体和杂质的含量。

铸造成型过程中加入Al-Ti-B丝细化晶粒并采用陶瓷过滤板对熔体进行过滤。

铸造完成之后铸锭充分均匀化退火处理，以消除铸造时产生的内应力和铸锭内部的成分偏析。

表1 合金成分(质量分数，%)Table 1 Chemical composition of alloy(ω，%)元
素SiFeCuMnMgCrZnTi其他Al6063国标0.2～0.60.350.10.10.45～
0.90.100.150.10单个0.05余量6063-①0.60.150.030.030.550.050.010.02单个
0.05余量6063-②0.470.180.010.010.70.000.020.02单个0.05余量
1.2 试验方法
试验用125MN油压双动铝合金挤压机，将规格φ572 mm×650 mm的铸锭挤压成外径φ392.4 mm、壁厚6.2 mm的薄壁管材，型材截面图如图1所示。

分别对6063-①、6063-②进行高温低速、高温高速、低温高速、低温低速的挤压试验，挤压工艺参数见表2。

试验后在成品区进行取样，试样在室温下放置不少于96 h，采用日本岛津AG-X100KN拉伸实验机测试力学性能。

图1 型材截面图Fig.1 Section of profile
2 试验结果及分析
2.1 表面质量
图2是6063-①、6063-②合金成分铸锭挤压后管材表面低倍形貌。

可知，6063-①挤压管材表面均存在机械纹不均匀、橘皮等缺陷，导致产品表面质量不良，无法满足供货要求；而6063-②挤压管材表面机械纹均匀，无橘皮等缺陷的存在，这是由于6063-②合金成分提高了Mg含量，同时适当降低了Si含量。

当镁、硅元素的质量比值小于1.73时，就有过剩的Si元素，过剩量较多时，对合金组织的改善作用有所减弱，相应力学性能也会出现下降趋势，6063-②合金成分中Si含量降低，改善了合金组织，进而提升挤压后管材表面质量；Mg是形成强化相
Mg2Si的主要合金元素，Mg2Si含量的多少又决定了材料强度的高低。

6063-②合金成分中Mg含量增加，使得管材的强度增加，进而减少表面缺陷产生。

表2 挤压工艺参数Table 2 Extrusion process parameters编号合金成分挤压类型铸锭温度/℃挤压速度/m·min-11#6063-①高温低速5201.52#6063-①高温高速5202.03#6063-①低温高速5002.04#6063-①低温低速5001.55#6063-②高温低速5201.56#6063-②高温高速5202.07#6063-②低温高速5002.08#6063-
②低温低速5001.5
2.2 力学性能
对挤压后的型材取样进行力学性能检测，其检测结果见表3。

当6063-①合金采用高温低速、高温高速、低温高速和低温低速挤压工艺并在室温下停留96 h以便充分自然时效。

从试验结果可以发现，力学性能的高低顺序为高温低速>低温高速>高温高速>低温低速。

这种顺序的产生是由不同的固溶程度和淬火强度所导致的。

当采用高温加热铸锭，铸锭内起到时效强化作用的元素充分地溶解到基体内部，同时制品流出模具口的温度也会相应提高，这样可以保证制品在进入淬火区之前保持
在较高的温度。

另一方面采用较高的挤压速度，可以加剧挤压过程中的温升，并缩短制品在淬火前的停留时间。

但也有一个我们不容忽视的现象，挤压速度的改变也可以影响到制品的淬火强度。

在不改变现有淬火系统的情况下，增加挤压速度可以在一定程度上增加淬火强度；当速度超过这个范围以后，会导致制品在淬火区的停留时间过短，使得制品没有淬火或不完全淬火就已经被拉出淬火区，最终导致产品力学性能不合格。

(a),(b),(c),(d) 6063-①合金,(e),(f),(g),(h) 为6063-②合金图2 不同挤压工艺参数
下管材低倍形貌(a),(b),(c),(d) are 6063-① alloy, (e),(f),(g),(h) are 6063-② alloyFig.2 Low magnification of pipe under different extrusion parameters 表3 拉伸性能测试结果Table 3 Testing resilt of tensile property标准及编号屈服强度/MPa抗拉强度/MPa伸长率/%标准
90150121#8818029.02#8117328.03#8317528.54#7915325.55#99180246#9 0177287#9518726.58#8717427.0
经过改良的6063-②合金，与第一次的试验相同，同样发现产品的强度顺序为高
温低速>低温高速>高温高速>低温低速。

产生这种现象的原因与第一次试验相同。

但本次试验的不同之处是，产品的力学性能大部分已经达标。

这是由于6063-②
合金内部强化相含量增加所导致的，在相同挤压工艺制度和淬火强度的情况下，强化相含量较高的合金自然时效后可以析出更多的弥散质点，这种弥散质点可以有效地阻碍位错运动，最终达到强化基体的作用。

两次试验后发现改良后的6063-②合金采用适当的挤压工艺可以生产出力学性能
合格的产品，而6063-①合金无论如何调整挤压工艺也无法达标。

综合考虑现场
的生产条件，并结合管材表面质量和客户技术要求，确定6063薄壁管材的挤压采用高温低速挤压制度，即铸锭加热温度为520 ℃、挤压速度为1.5 m/min。

3 结论
1)增加6063合金内强化相含量可以在一定程度上提高合金自然时效后的力学性能。

2)铸锭加热温度、挤压速度综合作用影响了合金时效后的力学性能。

3)采用6063-②合金搭配使用520 ℃的铸锭加热温度和1.5 m/min的挤压速度，可以生产出屈服强度合格的产品。

参考文献
【相关文献】
[1] 黎伯豪, 言淑纯. 6063铝合金化学成分的选择[J].轻合金加工技术, 2001, 29(11):29-30.
[2] 杨迎新, 颜建辉. 6063铝合金化学成分的合理选择[J].铝加工, 2002, 25(5):45-46.
[3] 丁发俊. 6063铝型材挤压技巧[J].铝加工, 2003, 148(1):54-57.
[4] 蒋建军. 6063铝合金型材质量影响因素机解决方法[J].铝加工, 2005, 161:35-39.
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[6] 李世平，人工时效制度对6063铝合金型材质量的影响[J].轻合金加工技术.1999, 27:25-28.。