6063挤压型材条纹缺陷产生原因分析及解决措施

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

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

2．1 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Al－Mg－Si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0.85～1.0％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A＝Mg的原子×2/Si的原子量＝24.81×

2/28.09＝1.73，当A＞1.73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（Fe＋Mn）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α－Fe3Si2Al12相及β－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0.06～0.10％（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70％～90％。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：

2Al＋3H2O＝Al2O3＋6H

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720℃~760℃，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3～8％）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