6063-T5铝合金建筑铝型材最佳时效工艺探讨

6063-T5铝合金建筑铝型材最佳时效工艺探讨
梁世斌;张宇;周德忠
【摘要】将所收集到的众多铝加工企业生产6063-T5铝合金建筑型材所采用的时效工艺制度归纳为四种.从各时效工艺对型材的强化效果、生产效率、各时效工艺的能耗、各时效工艺对型材表面质量的影响等方面,对四种时效工艺制度进行了分析和比较,认为6063-T5铝合金建筑型材最佳时效工艺制度是(190+5)℃保温(2.5±0.5)h.
【期刊名称】《轻合金加工技术》
【年(卷),期】2010(038)010
【总页数】3页(P29-30,50)
【关键词】6063-T5铝合金;建筑型材;力学性能;能耗
【作者】梁世斌;张宇;周德忠
【作者单位】福建省闽发铝业股份有限公司,福建,南安,362300;福建省闽发铝业股份有限公司,福建,南安,362300;福建省闽发铝业股份有限公司,福建,南安,362300【正文语种】中文
【中图分类】TG166.3
6063-T5铝合金建筑型材的生产工艺比较成熟,不同厂家采用的时效工艺不一定相同。

根据国内外相关资料介绍,一般选择时效加热温度在170℃～230℃范围内,保温时间在 1 h～8 h范围内。

根据笔者的统计,用得较多的有下面四种时效工艺：①
时效温度(210+5)℃,保温1h;②时效温度(190+5)℃,保温2.5 h;③时效温度(180+5)℃,保温4h;④时效温度(170+5)℃,保温6 h。

本文重点讨论如何选择一个大多数人认为最佳的时效工艺。

1 最佳时效工艺的条件
最佳时效工艺应该满足三个条件：时效后产品的强化效果最佳;生产效率高,能耗低;时效后对产品的表面质量没有不良影响。

2 影响时效效果的因素
2.1 不同时效温度对时效效果的影响
一般时效温度越高,达到时效强度峰值时间越短,但时效强化所能达到的强度峰值越低。

图 1的四条曲线表达了时效强化效果与时效温度、时间的关系,从图 1中可以看出：
①时效温度越高,完成时效强化过程越快,230℃时效时间大约 0.5 h左右就能达到强度峰值,210℃时效则约需1 h,190℃时效约需 3 h,而170℃时效估计需要5 h以上。

②时效温度越高,时效强化达到的强度峰值越低,230℃时效时抗拉强度峰值为 250 N/mm2,210℃时效时抗拉强度峰值为256 N/mm2,190℃时效时抗拉强度峰值为270 N/mm2。

图1 抗拉强度与时效温度、时效时间的关系
2.2 淬火到人工时效中间停放时间的影响
从淬火到人工时效中间停放时间是指挤压制品经风冷或水冷到人工时效开始的时间,不同铝合金的中间停放时间都会不同程度地影响时效后的强化效果,这种现象称为停放效应。

有资料表明[1-2]对于6063铝合金,含Mg2 Si在1%左右(质量分数,下同),一般情况下Mg2 Si含量都在0.8%～1.1%范围内,其停放效应不明显。

2.3 初始硬度对强化效果的影响
实践证明,人工时效前的初始硬度对时效后的强化效果有明显影响,图 2中四条曲线,初始硬度分别为0HW、1HW、3 HW、4 HW。

按相同制度进行人工时效,其结果大不相同。

初始硬度为0HW时,时效后的硬度只有(5～8)HW,初始硬度为4 HW 时,其时效后的硬度最高,可达(12～14)HW。

初始硬度说到底其实与合金成分和工艺状态有关。

合金成分中的Mg和Si形成的Mg2 Si含量一般应在0.8%以上,才能获得较好的初始硬度。

生产中工艺要求非常重要,铝合金型材的挤压出口温度在470℃以下,冷却能力不够都会导致型材初始硬度偏低,因此严格按照工艺规程生产是确保时效硬化效果的重要条件。

从上述分析可知,在成分和工艺条件保证的情况下,在(190+5)℃的时效温度下可在3 h内达到最大的时效硬化效果。

3 不同时效工艺的能耗比较
假设从室温加热到时效保温温度为 1 h所需的热量都一样为a。

图2 初始硬度与时效最终硬度的影响
在(170+5)℃的保温1 h所需热量为0.25a;
在(180+5)℃的保温1 h所需热量为0.3a;
在(190+5)℃的保温1 h所需热量为0.35a;
在(210+5)℃的保温1 h所需热量为0.4a;
将不同时效工艺耗能列入表 1。

表1 不同时效工艺能耗比较?
从表 1可知,时效温度越低,保温时间越长,所需的能耗越多。

4 时效温度对阳极氧化表面质量的影响
有资料表明,人工时效温度对阳极氧化制品的表面质量有一定的影响。

一般时效温度越低,氧化制品表面颜色越光亮,清澈透明;随着时效温度升高,制品表明颜色逐渐变得灰暗,但在190℃以下时效,制品表面颜色正常;在200℃时效制品表面会出现灰蒙
蒙的现象,在210℃以上时效,制品表面发黑和起粉。

5 结论
从最佳时效条件分析可知：
(1)(170～190)℃时效温度均可达到最佳时效硬化效果;
(2)(190+5)℃时效工艺的生产效率最高,耗能最少;
(3)(190+5)℃时效工艺对阳极氧化制品的色质无太大的影响。

因此笔者认为6063-T5铝合金建筑型材最佳时效工艺应该是：(190+5)℃,保温(2.5±0.5)h。

【相关文献】
[1] 黎伯豪,言淑纯.建筑铝型材人工时效制度探讨[A].Lw2007铝型材技术论坛文集[C].中国广州,2003.
[2] 吴锡坤.铝型材加工实用手册[M].长沙：中南大学出版社,2006.。