6063铝合金

一、6063铝合金特点
6063属低合金化的Al－Mg－Si系合金，国标GB/T 3190—1996规定该牌号的化学成分(%)为：Mg＝0.45～0.90，Si＝0.20～0.60，Fe≤0.35，Cu≤0.10，Mn≤0.10，Cr≤0.10，Zn≤0.10，Ti≤0.10，其它≤0.15，其余为Al。

其中Mg
和Si为主要强化元素，形成主要强化相Mg
2Si。

6063合金中Mg
2
Si含量为1.2%
左右，Mg与Si的含量是按形成Mg
2
Si所需要的量，即Mg∶Si＝1.73而设计的。

实际上按此比例往往Mg过剩，而过剩的Mg使Mg
2
Si在Al中的溶解度显著减少，降低强化效果，故多使Si稍偏高，过剩的Si有强化作用，但Si过剩太多则降低合金的抗蚀性。

从图1所示的伪二元Al－Mg
2Si系相图可以看出，Mg
2
Si在Al中固溶度随温
度明显变化，在共晶温度，Mg
2Si的极限溶解度为1.85%；在200℃时，Mg
2
Si的
溶解度为0.27%，因此Al—Mg—Si系合金有明显的时效硬化效应。

其中的6063合金，由于高温塑性好，淬火温度宽，临界淬火速度小，可挤压后喷水或风淬，不需要专门的固溶处理，因此在建筑型材、汽车工业等部门获得广泛的应用，从数量上来说，仅次于工业纯铝的用量。

图1 伪二元Al—Mg
2
Si系相图
二、6063铝合金连续挤压工艺研究
连续挤压是本世纪七十年代问世的有色金属塑性加工新技术，尤其适用于软铝及其合金的加工。

它采用直径9.5mm的铝杆为原料，靠挤压轮槽壁的摩擦力将毛坯带进由挤压轮槽与模座组成的弧形挤压室。

坯料被伸入轮槽的挡料块挡住，在摩擦力的持续作用下，温度和压力不断升高，达到材料的屈服强度，便从设置在挡料块旁的模具中挤出形成产品。

因此连续挤压不需要毛坯加热装置，节省了设备占地面积与投资。

只要连续供给毛坯，便能生产出任意长度的产品。

产品的特点是小截面(最小为6mm2)，高精度(直径与壁厚公差为±0.05mm)。

汽车等工业部门所用6063合金产品，因其截面小精度高，过去生产用常规挤压毛坯再进行拉拔的工艺，现在看来不如采用连续挤压工艺经济。

根据连续挤压的特点，探讨了如下问题：
(1)6063铝杆的退火处理
由于6063铝杆的屈服强度较工业纯铝高，加上自然时效使之强度增加塑性
下降，因此连续挤压前铝杆应预先热处理。

考虑到6063中合金成分易偏折，应采用高温均匀化退火。

高温退火后宜快冷，使Mg
2
Si相颗粒细小，硬度高，有助于提高挤压产品的机械性能。

(2)连续挤压与固溶处理的结合
所谓固溶处理，指合金加热至一定温度，第二相溶入基体而得到单相固溶体。

通常认为固溶温度要高，固溶时间要长，固溶效果才好。

对于6063合金的常规挤压来说，其坯料为定长的铸造圆棒，挤压前在加热炉中高温长时间预热，挤压
筒也充分预热，因此挤压时很容易达到预定的固溶温度，使Mg
2
Si相充分溶入基体。

相比之下，连续挤压的铝杆没有预热装置。

从室温的铝杆到变形后高温的产品，所需的变形能与热量全靠挤压轮的摩擦功转换。

加之连续挤压时坯料从弧形挤压室的入口到出模口，加热的时间很短，大约为通常固溶保温时间的几百分之一，故对于连续挤压能否与固溶淬火相结合的问题，进行了试验。

对三组成分相同的试件，分别经过不同的加热温度与保温时间后，再按相同的规范淬火及时效，最后测量抗拉强度以判别固溶强化的效果。

试验结果如表1。

表1 固溶强化效果比较
接着在连续挤压机上的实践也证明，只要保证出模口温度达到6063的固溶
温度，Mg
2
Si相就能溶解，得到与常规挤压一样的固溶强化效果。

因此6063铝合金的连续挤压与固溶处理可以结合，这样不仅可以减少专门固溶处理的困难，降低能耗，而且可以避免晶粒长大，减少产品表面气泡。

三、影响产品性能的因素
1.合金成分
如前所述，6063合金中Mg和Si为主要强化元素，但它们的含量在国标中均有较大的范围，对于某种产品要求的机械性能，应选择合适的Mg含量，再按Mg∶Si＝1.7∶1计算Si含量，并制定相应的热处理规范。

我们选择三种Mg含量不同(Si及其它成分含量相同)的6063试样，经过相
同的连续挤压与热处理工艺，测得的抗拉强度σ
b
与Mg含量的关系曲线如图2
所示。

研究表明，Mg在Al中虽有较大固溶度，但Al
3Mg
2
相的结构与基体差异不
大，强化效果甚微。

而Mg与Si形成强化相Mg
2
Si的结构复杂，时效析出过程中
形成原子富集区的结构亦比较复杂，与基本共格关系引起的畸变亦较严重，故随
着Mg
2
Si含量的增加，铝合金时效强化的效果显著。

图2 σ
与Mg含量关系
b
2.挤压温度与速度
鉴于连续挤压与固溶处理可以结合，只要不发生过热，应尽量提高挤压温度，Si相在固溶体中溶解彻底，因而淬火后过饱和度大，时效后脱溶加速，强使Mg
2
度高。

因此挤压前要充分预热挤压轮、腔体及靴座，如有可能，可采用感应加热的办法预热铝杆。

在6063合金允许的挤压速度内，尽量提高挤压速度，使变形区温度增高。

3.冷却速度
通过快速冷却，溶质原子来不及扩散和重新分配，第二相不可能形核和长大，合金的室温组织为单相过饱和固溶体。

因此淬火的冷却速度快，时效后硬度高。

6063合金连续挤压后常用水冷。

4.时效前的塑性变形
对两组成分相同一起挤压淬火的试样，将其中一组在时效前拉伸变形3%，结果该组试样时效后的抗拉强度比另一组提高14%。

这说明时效前的冷变形使位错密度增加，破坏了基体点阵的规则性，促进生成非共格的脱溶相，故提高了强化效果。

5.时效温度和时间
时效温度和时间，对强化效果影响很大。

由于Mg和Si含量不同，挤压(固溶)温度不同，产品对抗拉强度与延伸率的要求又不同，所以要自己设计试验，找出适当的时效规范，避免欠时效与过时效。

四、结论
(1)连续挤压前，6063铝合金杆应经过高温均匀化退火处理。

(2)虽然连续挤压时，坯料加热时间极短，但只要产品出模口温度达到固溶温度，连续挤压与固溶处理完全可以结合。

(3)影响6063产品性能的因素，Mg与Si的含量是主要的；在成份确定以后，保证挤压温度达到固溶温度是主要的。