6063牌号挤压工艺 常见问题解决办法

6063铝合金型材以其良好的塑性、适中的热处理强度、良好的焊接性能以及阳极氧化处理后表面华丽的色泽等诸多优点而被广泛应用。但在生产过程中经常会出现一些缺陷而致使产品质量低下，成品率降低，生产成本增加，效益下降，最终导致企业的市场竞争能力下降。因此，从根源上着手解决6063铝合金挤压型材的缺陷问题是企业提高自身竞争力的一个重要方面。笔者根据多年的铝型材生产实践，在此对6063铝合金挤压型材常见缺陷及其解决办法作一总结，和众多同行交流，以期相互促进。

1 划、擦、碰伤

划伤、擦伤、碰伤是当型材从模孔流出以及在随后工序中与工具、设备等相接触时导致的表面损伤。

1．1 主要原因

①铸锭表面附着有杂物或铸锭成分偏析。铸锭表面存在大量偏析浮出物而铸锭又未进行均匀化处理或均匀化处理效果不好时，铸锭内存在一定数量的坚硬的金属颗粒，在挤压过程中金属流经工作带时，这些偏析浮出物或坚硬的金属颗粒附着在工作带表面或对工作带造成损伤，最终对型材表面造成划伤；

②模具型腔或工作带上有杂物，模具工作带硬度较低，使工作带表面在挤压时受伤而划伤型材；

③出料轨道或摆床上有裸露的金属或石墨条内有较硬的夹杂物，当其与型材接触时对型材表面造成划伤；

④在叉料杆将型材从出料轨道上送到摆床上时，由于速度过快造成型材碰伤；

⑤在摆床上人为拖动型材造成擦伤；

⑥在运输过程中型材之间相互摩擦或挤压造成损伤。

1．2 解决办法

①加强对铸锭质量的控制；

②提高修模质量，模具定期氮化并严格执行氮化工艺；

③用软质毛毡将型材与辅具隔离，尽量减少型材与辅具的接触损伤；

④生产中要轻拿轻放，尽量避免随意拖动或翻动型材；

⑤在料框中合理摆放型材，尽量避免相互摩擦。

2、机械性能不合格

2．1 主要原因

①挤压时温度过低，挤压速度太慢，型材在挤压机的出口温度达不到固溶温度，起不到固溶强化作用；

②型材出口处风机少，风量不够，导致冷却速度慢，不能使型材在最短的时间内降到200℃以下，使粗大的Mg2Si过早析出，从而使固溶相减少，影响了型材热处理后的机械性能；

③铸锭成分不合格，铸锭中的Mg、Si含量达不到标准要求；

④铸锭未均匀化处理，使铸锭组织中析出的Mg2Si相无法在挤压的较短时间内重新固溶，造成固溶不充分而影响了产品性能；

⑤时效工艺不当、热风循环不畅或热电偶安装位置不正确，导致时效不充分或过时效。

2．2 解决办法

①合理控制挤压温度和挤压速度，使型材在挤压机的出口温度保持在最低固溶温度以上；

②强化风冷条件，有条件的工厂可安装雾化冷却装置，以期达到6063合金冷却梯度的最低要求；

③加强铸锭的质量管理；

④对铸锭进行均匀化处理；

⑤合理确定时效工艺，正确安装热电偶，正确摆放型材以保证热风循环通畅。

3、几何尺寸超差

3．1 主要原因

①由于模具设计不合理或制造有误、挤压工艺不当、模具与挤压筒不对中、不合理润滑等，导致金属流动中各点流速相差过大，从而产生内应力致使型材变形；

②由于牵引力过大或拉伸矫直量过大导致型材尺寸超差。

3．2 解决办法

①合理设计模具，保证模具精度；

②正确执行挤压工艺，合理设定挤压温度和挤压速度；

③保证设备的对中性；

④采用适中的牵引力，严格控制型材的拉伸矫直量。

1 化学成分的优化控制

6063-T5建筑铝型材必须具备一定的力学性能。在其他条件相同时，其抗拉强度、屈服强度随含量增加而升高。6063台金的强化相主要是Mg2Si相，到底Mg、Si和Mg2Si的量应取多少为好？Mg2Si相是由2个镁原子同1个硅原子组成，镁的相对原子质量为24．3l，硅的相对原子质量为28．09，因此Mg2Si化合物中，镁硅的质量比为1.73：1。

因此，可根据以上分析结果，如果镁硅含量比值大于1．73，则合金中镁除形成Mg2Si 相外，还有过剩镁，反之比值小于1．73，则表明硅除形成Mg2Si相外，还有剩余硅。

镁过剩对合金力学性能是有害的。镁一般控制在0．5％左右，Mg2Si总量控制在0．79％。当硅过剩0．01％时合金的力学性能σb约为218Mpa，已大大超过国家标准性能，并过剩硅从0．01％提高到0．13％，σb可提高到250Mpa，即提高14．6％。要形成一定量的Mg2Si，必须首先考虑到Fe与Mn等杂质含量造成的硅损失，即要保证有一定量的过剩硅。为了使6063合金中的镁充分与硅匹配，实际配料时，必须有意识地使Mg：Si＜1．73。镁的过剩不仅削弱强化效果，而且又增加了产品成本。

因此，6063合金的成分一般控制为：Mg：0．45％-0．65％；Si：0．35％-0．50％；Mg：Si=1．25-1．30；杂质Fe控制在＜0．10％-0．25％；Mn＜0．10％。

2 优化铸锭均匀化退火工艺

在民用挤压型材生产时，6063合金的高温均匀化退火规范为：560±20℃，保温4-6h，冷却方式为出炉强迫风冷或喷水急冷。

合金的均匀化处理能提高挤压速度，同未均匀化处理的铸锭相比，大约可使挤压力降低6％-10％。均匀化处理后冷却速度对组织的析出行为有重要的影响。对均热后快冷的铸锭，Mg2Si几乎能全部固溶于基体，过剩的Si也将固溶或以弥散析出的细小质点存在。这样的铸锭可以在较低温度下快速挤压，并获得优良的力学性能和表面光亮度。

在铝型材挤压生产中，以燃油或燃气加热炉替代电阻加热炉可收到明显的节能降耗效果。合理地选择炉型、燃烧器及空气循环方式可使炉子获得均匀稳定的加热性能，达到稳定工艺提高产品质量的目的。

燃烧式铸锭加热炉经几年来运行和不断改善，目前市场上已推出燃烧效率高于40％的炉型。铸锭装炉后迅速升温到570℃以上，并经一段保温时间后，在出料区冷却到接近挤压温度时出炉挤压，铸锭在加热炉经历了半均匀化过程，这一过程称半均质处理，基本上符合6063合金热挤压工艺要求，从而可省单独的均匀化工序，可大大节省设备投资和能耗，是一种值得推广的工艺。

3 优化挤压和热处理工艺

3．1 铸锭加热

对挤压生产来说，挤压温度是最基本的且最关键的工艺因素。挤压温度对产品质量、生产效率、模具寿命、能量消耗等都产生很大影响。

挤压最重要的问题是金属温度的控制，从铸锭开始加热到挤压型材的淬火都要保证可溶解的相组织不从固溶中析出或呈现小颗粒的弥散析出。

6063合金铸锭加热温度一般都设定在Mg2Si析出的温度范围内，加热的时间对Mg2Si 的析出有重要的影响，采用快速加热可以大大减少可能析出的时间。一般来说，对6063合金铸锭的加热温度可设定为：

未均匀化铸锭：460-520℃；均匀化铸锭：430-480℃。

其挤压温度在操作时视不同制品及单位压力大小来调整。在挤压过程中铸锭在变形区的温度是变化的，随着挤压过程的完成，变形区的温度逐渐升高，而且随着挤压速度的提高而提高。因此为了防止出现挤压裂纹，随着挤压过程的进行和变形区温度的升高，挤压速度应逐渐降低。

3．2 挤压速度

挤压过程中必须认真控制挤压速度。挤压速度对变形热效应、变形均匀性、再结晶和固溶过程、制品力学性能及制品表面质量均有重要影响。

挤压速度过快，制品表面会出现麻点、裂纹等倾向。同时挤压速度过快增加了金属变形的不均匀性。挤压时的流出速度取决于合金种类和型材的几何形状、尺寸和表面状况。

6063合金型材挤压速度(金属的流出速度)可选为20-100米/分。

近代技术的进步，挤压速度可以实现程序控制或模拟程序控制，同时也发展了等温挤压工艺和CADEX等新技术。通过自动调节挤压速度来使变形区的温度保持在某一恒定范围内，可达到快速挤压而不产生裂纹的目的。为了提高生产效率，在工艺上可以采取很多措施。当采用感应加热时，沿铸锭长度方向上存在着温度梯度40-60℃(梯度加热)，挤压时高温端朝挤压模，低温端朝挤压垫，以平衡一部分变形热；也有采用水冷模挤压的，即在模子后端通水强制冷却，试验证明可以提高挤压速度30％-50％。

近年来在国外用氮气或液氮冷却模具(挤压模)以增加挤压速度，提高模具寿命和改善型材表面质量。在挤压过程中将氮气引到挤压模出口处放出，可以使被冷却的制品急速收缩，冷却挤压模和变形区金属，使变形热被带走，同时模子出口处被氮的气氛所控制，减少了铝的氧化，减少了氧化铝粘接和堆积，所以氮气的冷却提高了制品的表面质量，可大大的提高挤压速度。CADEX是最近发展的一种挤压新工艺，它挤压过程中的挤压温度、挤压速度和挤压力形成一个闭环系统，以最大限度地提高挤压速度和生产效率，同时保证最优良的性能。

3．3 在线淬火

6063-T5淬火是为了将在高温下固溶于基体金属中的Mg2Si出模孔后经快速冷却到室温而被保留下来。冷却速度常和强化相含量成正比。6063合金可强化的最小的冷却速度为38℃/分，因此适合于风冷淬火。改变风机和风扇转数可以改变冷却强度，使制品在张力矫直前的温度降至60℃以下。

3．4 张力矫直

型材出模孔后，一般皆用牵引机牵引。牵引机工作时在给挤压制品以一定的牵引张力，同时与制品流出速度同步移动。使用牵引机的目的在于减轻多线挤压时长短不齐和抹伤，同时也可防止型材出模孔后扭拧、弯曲，给张力矫直带来麻烦。

张力矫直除了可以使制品消除纵向形状不整外，还可以减少其残余应力，提高强度特性并能保持其良好的表面。

3．5 人工时效

时效处理要求温度均匀，温差不超过±3-5℃。6063合金人工时效温度一般为200℃。时效保温时间为1-2小时。为了提高力学性能，也有采用180-190℃时效3-4小时，但此时生产效率会有所降低。

3．6 铸锭长度的优化与计算

铸锭长度的计算方法有体积法和质量法。通过建立数学关系式，就很容易地选取出最佳的铸锭规格，大大提高型材的几何成品率。

(1) 体积法

Vo=V1十Vn

AoLo=A12L1十A2Ln

Lo/Ko=L1/λ十Ln

Lo=(L1/λ+Ln)2K (1)

式中：Vo——铸锭体积(mm3)；

V1——型材体积(mm3)；

Vn——压余体积(mm3)；

Ao——铸锭面积(mm2)；

Lo——铸锭长度(mm)；

A1——型材截面积(mm2)；

L1——型材长度(mm)；

A——挤压筒面积(mm2)；

Ln——压余长度(mm)；

K=A/Ao 充填系数；

λ=A/A1 挤压系数。

按照体积不变道理，经简化之后整理为公式(1)，K与Ln可以认为是常数，只要求λ，确定Lmax，可方便地求出Lo，即铸锭长度。

(2)质量法

mo=m1十mn

ρLoLo=L12ρL1+mn

Lo=(L12ρL1+mn)2PLo (2)

式中：Lo 铸锭长度；

L1 型材压出长度(m)；

ρL1 型材线密度(Kg/m)；

mn 压余重量(Kg)；

mo 铸锭重量(kg)

m1 压出型材重量(kg)

ρLo 铸锭线密度(Kg/m)；

(2)式还可以再变化一下，即：L1=n2L定+L12

Lo=[2L定十L12)2ρL1+mn]2ρLo-1

(3)

式中：n 定尺支数；

L定定尺寸长度(m)；

L12 切头切尾长度(m)。

(3)式比较直观方便的计算出Lo在实际工作中ρL1是随着型材壁厚的不断变化而增加的。为方便上工序供锭，大设备的铸锭长度可设定30mm为一档，小设备设定为20mm为一档。我们可以根据公式(3)制订ρL1、Lo、n、L1对照表。一般民用建筑型材供货长度为6m。这种对照表对工艺技术员和计划员的使用是十分方便的。公式(3)又可以简化为下式：

Lo=KnL1+C (4)

Kn 是与n有关的系数；

C 是与机型有关的常数；

ρL1是Lo的函数，可以编好程序输入计算机，比较精确地计算出Lo。

3．7 提高挤压成品率的措施

影响挤压型材成品率的因素很多我们能计算得出几何废料，在挤压生产中产生的废料一般分为几何废料和技术废料，几何废料是生产过程中仅与制品生产工艺有关的废料。压余、切头、切尾等均属几何废料。技术废料是在生产过程中，由于不正确执行工艺操作规程，人为造成废品(包括试模废料、铸造缺陷带来的废品等)。技术废品是可以避免和减少的，几何废品是不可避免的，但可通过优化挤压工艺和精确计算铸锭长度等措施来减少。

挤压生产中几何废料的大小可用下式表示：

N=Nn十N12 (5)

N 几伺废料(％)

Nn 压余废料(％)

N12 切头废料(％)

Hn=K/Lo2Ln

N12=K/Lo2L12/λ

N =K/Lo2(Ln+L12/λ) (6)

N=K/Lo2(Ln+L12/λ)

K 充填系数；

Lo 铸锭长度(mm)；

Ln 压余长度(mm，随挤压筒直径而变)；

L12 切头尾(mm，随制品规格而变)；

λ挤压系数。

从(6)式中可以明显看出，铸锭长度Lo越长，挤压系数越大，则几何废料N越小，即几何成品率越高。其中铸锭长度影响较大些。但是，不能无限制地增加Lo和λ，因为它们受挤压机能力、压出长度等因素限制。

热量分析

铝绦和铝棒在挤压前需预先加热，达到接近溶线温度(Solvus temperature)，以便在铝棒内的及镁能熔化，并在铝料中均匀地流动。

当铝棒被放进挤压机内时，温度没有太大的变化，在图表中以一水平线表示。

而当挤压机开动时，挤压杆的巨大推挤力量把软化了的铝料由模具孔挤出，产生很大的摸察力，这摸擦力转化为温度，使挤出的型材温度超过熔线温度，此时及镁熔化，向四处流动，极不稳定。

温度的提高决不能高出固熔相线(Solidus temperature)，不然铝也会熔化，而型材就无法成型。

铝棒温度

铝棒温度应保持在400-540°C之间（以6xxx系铝合金为例），最好是420-440°C。太高会引起撕裂现象，太低会减低挤压速度（因铝料必须软化）挤压的摩擦力大部分会转化为热量，导致温度上升. 温度的上升与挤压速度及挤压压力成正比。

出口温度

出口温度应保持在550 to 575 °C 之间，起码也要在500 to 530°C之上. 不然铝合金内的镁和就不能熔化而影向金属性能。

但决不能高过固熔相线，太高的出口温度会导致撕裂现象，并且影向型材的表面品资.

最佳挤压温度

铝棒温度要结合挤压速度来调节，使挤压温差不低於溶线温度(Solvus temperature)，也不高於固相线温度 (Solidus temperature)，即620°C。不同的合金有不同的溶线温度，比如6063合金的溶线温度是498°C，而6005合金的溶线温度则是510°C。

牵引机速度

牵引机速度是生产效率的一个重要指标。但不同的型材、型状、合金、尺寸等都有可能影向牵引机速度。固不能一概而论。现代西方的挤压型材厂都能做到每分锺80米的牵引机速度。

挤压杆速率

挤压杆速率是生产率的另一重要指标。它是以毫米/分锺或 /分锺为量度单位的。在研究生产效率时，挤压杆速率往往比牵引机速度更可靠，因不同的型材、型状、合金、尺寸等都有可能影向牵引机速度。

模具温度

Die Oven

模具温度对挤压型材的品质致为重要. 模具温度在挤压前须保持在426°C左右。不然会容易产生堵塞甚至损毁模具的现象。

盛料筒温度

盛料筒温度须保持在426°C左右。

淬火温度（温差）

淬火（冷却）的目的在於"冷冻"合金元素，即镁和 ,把不稳定的镁和（矽）原子稳定下来，不让其沉淀。以保持型材的强度。

三种主要的淬火方式包括:

风冷

水雾冷却

水槽冷却

用哪种淬火方式取决於挤压速度、型材厚度及所需的物理性能，特别是对强度的要求。

合金型态

合金型态是合金的硬度和弹性能的综合标示

美国铝业协会对铝合型态已有详细规定: 基础状态代号

铝、镁及其合金的基础状态代号为：

F

自由加工状态，适用於在成型过程中对温度或材料的加工硬化程度无特殊控制的产品(对加工产品无力学性能要求)；

O

退火状态，适用於经退火获得最低强度的加工产品及经退火提高延展性和尺稳定性的铸造产品，O後可缀有除零以外的一位阿拉伯数字；

H

加工硬化状态，适用於通过加工硬化提高强度的产品(这种产品可通过热处理降低一些强度)，H後总是缀有两位以上的阿拉伯数字；

W

固溶热处理状态(一种不稳定状态)，仅适用於固溶热处理後在室温自然时效的合金，并只有具体指出自然时效的时间才使用这种特殊代号，如W1/2小时；

T

热处理後产生的稳定状态(不同於F、O和H状态)，适用於经热处理产生稳定状态的产品(这种产品也可进行加工硬化)，T字母总是缀有一位以上的阿拉伯数字；

时效

大部分型材在淬火之後，需要在时效炉内进行热处理，时效的作用主要是对合金元素（镁和）进行重新配置,使其能均匀地分布在型材的所部位,以提高型材的强度。

温度和时间是两个人工时效需要严格控制的指标. 在人工时效炉内，每个部位的温度都必须一样。

低温时效虽然能提高型材的强度,但所需的时间也需相应地拉长。

最佳金属物理性能的达成

要达到最佳金属物理性能必须: 选取适当的铝合金及其最佳的型态

选择适当的淬火(冷却)方式

应用合适的时效温度及控制时效时间

成品率

成品率是生产效率的另一重要指标.100%的成品率,理论上是不可能实现的，因为挤压切头(Butts)和因牵引机及拉伸机夹痕而切掉的料材是无可避免的。加上挤压时出现的废品、碰伤、产前试料、换模试机等,一般成品率都只能达到85%左右. 中国国内的挤压厂一般都只能达到70% - 75%的成品率.

生产效率

型材挤压的主要生产效率指标包括:

挤压机利用率: 挤压机的实际产出舆设计产能的比率挤压机成品率

单位时间内的人均产量

内部废品率

退货率

停机次数及时间