铝合金加工基本知识

1、铝合金加工基本知识作者:日期:6 0 63合金加工的基本知识一、合金介绍Al-Mg-Si系，基体为铝（Al）,主要的元素为镁（M g）和硅（Si）,当把镁（M g ）和 ，镁（Mg）和硅（Si）仍然保留在铝 （Fe）、锰（Mn）等，还会形成1、组成60 6 3在铝合金系列中属于 硅（Si）加入到液态的铝中时，镁（M g）和硅（Si ）就会溶解在铝中，当冷却为固态 基体中，不会析出，并且形成金属间化合物Mg2Si，同时因为铝中还有杂质元素铁A 1 FeSi，当加入的 Mg比S i多时还可能形成 Mg 2A13。M g 2Si，还有多余时生成游离Si =（2 其中24.3为镁的原子量；2 8 .1

2、为硅的原子量。 AlFe （ Mn） S i中的（Fe+ M n）和Si重量 :S i=55.8+55/28.1 = 3 .9 44;其中5 5. 8为铁的原子量，5 5为锰的原子量。所以实际生2、元素的作用2. 1 M g和Si 金属中的 Si先生成 AIFe S i、A 1 F e （Mn ） Si，余下的生成 的硅（Si），但若硅（Si）不足即镁（Mg）有多余时则生成 Mg 2AI30 Mg 2 S i的M g和Si的重量比为Mg： X 24.3）/28.1=1.73;比为（F e+Mn） 成M g 2Si的硅（Si）量为 Si总0 .2 5 （ Fe+ M n）,这就是配料时要控制铁

3、（Fe）和锰（M n）含量的原因。2. 2硅（S i ）的作用 生成Mg2Si可起强化作用，过量的硅（Si）可溶解于基体中（5 5 0 C时硅在铝中的溶解度可达1.65%）。在室温下析出细小质点有强化作用，但使挤压性能下降，常控制过量硅（Si）不多于0 .2 %;当硅（Si）不足时，过剩镁（Mg ）生成Mg 2 Al 3,使加工性能降低。2 .3铜（C u）作用很少的铜溶解在基体中，促进时效时的析出物更细小，防止时效前因等待而造成的不利作用；量多时会形成CuA I2相；很多时则变为 A 1 -C u-Mg S i系合金（硬铝）o2.4铬（C r）作用有利于抗拉强度提高和成形性，可细化晶粒。2.

4、5铁（Fe）作用不可多于0.15%，否则氧化后表面发灰。3、合金含量划分606 3合金各项含量范围：M g 2Si为0 .61.2%，镁（M g）为0.4 50. 9%,硅0 .2 0. 6%，一般分为如下 三个区间：合金类型含量（%）性能MgSiFeM g2 S i过量S i6 0.2S %HWA易挤型0.450. 3 50. 1 50 .70. 0 5> 1 801279B普通型0.510.40. 20 .80.06>23 01110 12C高强型0. 570 .450.250.90 .07>2 5 01 112144、合金含量计算方法：合金类型含量度wt%fsir si

5、CsiMg 2S iesiA易挤型0. 03 7 50.31 2 50 .2 6 010.7 10 10.0 5B普通型0.050.350. 2 9 50.80 50.0 5 5C高强型0 .06250.43 7 50.3 2 90.8990.0 6说明：fs,表示形成 AlFe(M n) S i 相消耗的 Si,f si=0.25 ( Fe % + M n% ); rs .可形成 M g 2Si 的 Si, rsi =Si% - f si,生成M g2 S i需消耗的 Si, csi= 0 .57 8 M g% ;M g 2Si 含量,M g 2Si=M g %+Si% ; esi 表示过

6、量 Si，esF r si- Csi、过程原理1、温度与时间过程丁 uo!瑟捞goo丨"十；握資八trifi tm icb铝棒炉慢速加温的 T-H曲线a曲线为典型的T-H曲线,b曲线为省略了单独的均匀化过程，而将铸态铝棒慢速升温，在炉内达到均匀化条件再冷却到挤压温度的一种简便方法，实践证明该方法对6063是很有效的。2、Mg、Si、Mg 2 Si、Al F eSi在过程中的变化挤压T- - -片，-L. XX_-1 *B'、Mg Si大量溶解成游离质点均匀分布 在铝基体中，a -AIF e Si均匀分布在铝基体中 （称为固溶过程）时 效针状的Mg 2S i在铝原子间形成网状结

7、构， 能有效阻止铝原子互错，使铝变形困难，从而产 生强度三、生产过程1、熔铸过程1. 1配料 要依设定的M g2Si，过剩S i量估算须多少镁（M g）、硅（Si）控制铁（F e）含量，然后炉 前化验铝锭，废料中含硅 （Si）、镁（Mg ），铁（Fe）量决定添加量。1 .2熔解 防止硅（Si）沉底结渣，镁（Mg）浮面燃损与吸氢1.3精炼 加精炼剂冰晶石将 AI2O3溶解以浮渣形式去除，释放氯气与氢气结合形成HC L挥发，防止氮气不纯（含O2,H2O）造成二次污染，纯净的N 2,精练剂是可以将渣打到基本没有的。1 . 4铸造温度、速度、水压、水温有赖现场操作者找到最优条件，并以文件形式固定下来。

8、2、挤压过程2. 1铝棒加温本厂采用的b） T-H曲线工艺，故铝棒加热三区之功效须搞清楚入料区：加温，尽可能调整油枪功率至1-2小时内将棒温升到 57 OC左右。中间区：均匀化保温区，应保证棒在5 70C保温1-2小时。出料区：降温区，将棒温降至挤压理想温度。500-530 C之间，突破压力小于 22 Ok gf/cm 2（超过时应有主管在场控 冷却速度应保证型材出模孔后1分钟内冷却至最少 350C,雾冷、风冷、自然冷却。，一般不必限制挤出到时效间歇时间，时效最主要的是要保证通风良 ,测温误差不超过 3C，主要原因是不同温度下时效保温时间与硬度差2 . 2 挤压应保证挤压出模孔温度在制），速度

9、以表面、焊合性、出口温度为标准调控， 最佳2 5 0C以下。可依型材分别采用水冷、2.3 时效60 6 3停放效应不十分严格 好,炉温均匀性在± 5C以内，炉温应准确 别明显。3、挤压模具3. 1模具的使用，一般在模出厂时已在模3. 1 . 1作为挤压工，首先要认识模具，每个模对应一个型号产品，不可搞混型号 侧面打了钢印。剪刀模压盖模具七*-"上-J 一.一r一 _ 三U 、J 7-_Qzydw :：C：模支承模调节垫三ihk3.1.2要知道模具的装配，应对每台挤压机弄清楚如下数据：d>a +2,（ j壁厚）-g = 0. 51; h为模支承垫厚度,对510;i为模装

10、配厚度调节垫，应调整到保证k值符i + 1共5个厚度以便现场灵活运用；I为模凸出模套端a、b、c、j分别为模套的外形尺寸：厚度（a）,止口（ b）xo c,外径j;d、e、f、g分别为模具的外形 尺寸：厚度（d），止口（ e）xf,外径g；关系为 模具强度起辅助作用，其内孔应比模出料孔大，单边约 合总装要求。一般会做 i 1、i 0. 5、i、i+0.5、 面的部分，一般约 2m m。定要有，模装配完后应从出料口方向观察，模孔有无阻0. 5 Im m。此外，模装配还应注意：模具方位的固定，定位销一 碍，否则要重装；装配完成后送至挤压位，将剪刀开下，检查剪刀面与模端面间隙要在3. 1.3模具挤压

11、时应限量，防止因过渡使用，导致疲劳损伤，一般模具挤压途中出现偏心变大即是已发生疲劳变形引起的。3.2模具的加热3. 2.1冷模入炉应写明入炉时间，模加温速度约25mm/H,到温后,保温在14小时内较佳，保温太少可能模受热不均，挤压受力时易断裂桥，保温太久则模具会缓慢退火，失去强度，同时表面氧化可能性会加大。3. 2.2冷模应置于炉口附近至少约半小时，再转入炉内，不可将冷模置于热模上面。3.3模具的保养3.3.1模具使用有条件时应清空入料孔内残铝，以缩短泡模时间及减少铝耗；3. 3.2泡模前模温应降至100C以下，防止热模入碱槽损伤模具；3.3 . 3泡模后开模要均匀打止口，以防损伤止口及损坏芯

12、头，对装有固定螺丝的模具应先将螺丝拆除再开模，模腔余铝太多时不可强行开模；3 .3.4模具抛光应用细砂纸（最好选用12 0 0号以上），防止损伤工作带；3.3.5模具不用时应抛光后封存模腔，不合格的模具不要入库；3. 4 模具的氮化3 . 4 .1氮化前模具应抛光至工作带镜面，并清除干净其他位置异物；3.4.2氮化前应预热至 30 04 0 0 C;60C左右35小时,其间应通氧,以保持C NO的再生；3. 4.3氮化时间应以模入后到温开始计，保持53.4.4氮化盐浓度C NO应维持在3 739%之间，一星期化验 2次；,HV > 900为合格3 . 4.5氮化效验证，应用试块做，一个月

13、两次4、挤压设备使用要项4.1挤压机使用大功率电机，为星形一三角形启动，主机手启动马达后一定要确认是否已完成星三角转换 打开电源开关，启动马达前应先按下紧急制动开关确认是否有效并断开可能带电的电磁阀；4.2 检查液压油是否够，油温在45C以下，冷却水是否畅通；4.3检查挤压中心线，盛锭筒、挤压杆、模具三心合一，偏移小于1mm;检查盛锭筒端面有无缺损与变形或粘附物；、石墨、剪刀等）是否齐全与正常;4 .4检查挤压工具（压饼、压盖、吊模环、牵料钳4.5挤压时应先开手动，动作正常后再转自动；4.6下列动作过程中，主机手须手触紧急制动，眼观动作： 送料架上升、挤杆快进、脱气、剪刀下降、模座进出、挤压突

14、破前后、进行中的料中断；4.7换模挤压时前13个棒应使用温度较高的棒挤压；4.8挤压力达到最高持续35秒不出料视为闷车，应停车退模；4.9挤压打滑时应停止挤压，查清原因,确认故障排除后再挤，必要时退模；4.1 0挤压突破前不要把头伸到出料口附近张望。5、挤压材缺陷挤压材缺陷大致分为如下3类：外观不良（外观就能看得见的不良）、表面处理后出现的不良、与内部品质有关的不良。5. 1外观不良（外观就能看到的不良）缺陷图 例定义及产生原因停止痕挤压中机器一时停止时，产品周 围发生的带状模样。接头中空材或用金属板挤压后，一定 会发生的不良，从外观看和假接 头相似。另外在接头的稍后部位 新旧铝棒开始替换。凹

15、凸不 平（擅料痕）挤压制品表面象洗衣板一样凹 凸不平的不良。节状模 样（假接头）挤压中模具吱嘎声响产生的节 状模样。毛刺制品表面因物理性摩擦在而引 起的点状不良。裂纹沿挤压方向上卷引起的裂纹模具伤与挤压方向相反，制品表面局部 性发生的线状或带状伤。模痕线与挤压方向一致，贯穿于制品表 面模痕线且非常清晰地显现出 来的不良。缺陷图例定义及产生原因石墨线制品接触了挤压机诱导产 品用的石墨而产生的伤。刮伤（纵伤 横伤）因制品相互接触而产生的 伤。碰伤制品与物体相撞或因动的 荷重而产生的伤、变形。变形因制品的荷重而产生的变 形，及因垫了垫片等而产生 的凹陷。（白点）凹陷因冷却不均一（局部瞬间冷 却）而发

16、生的形变。起皱过度拉伸矫正时，锰系合金 易看得见的与引张方向呈 45°的条形模样。破裂因焊合不良制品表面就看 得见的裂纹。气泡制品表面部分因气体而突 起的不良。波纹挤压时因部分速度差，出现象波 纹状起伏的不良。段差（凸线）与挤压方向平行，某部分隆起的 不良，发生位置如图，足部和交 点处通常称之为“骨”。裂角 因为模具有裂纹，挤压的拐角部 连续出现的小的突起物。模具破损亡模具的一部分或全部破损，而不 能制造出所要求的制品。光泽不 均（阴 阳面）制品表面光泽因场所不同 或有光泽或光泽暗淡。支承垫碰伤挤压中制品同支承垫相碰， 沿挤压方向产生的伤。杂质、污斑油或铝棒表面的不纯物异 物卷入而显

17、现在制品表面 的缺陷。着伤多孔挤压时，挤压材高温状 态下，粘在一起，将其分开 时留下的印迹。5.2表面处理后显在的不良缺陷定义及产生原因里占八、八、皮膜烧皮膜破（气体 堆积）喷沙阳极氧化处理时电流分布不均泡涨的不良。裂。氧化皮膜不均一部分。冷却时局部过冷（冷却不均一） 造成过度析出，碱性冼净或氧化阳极氧化皮膜表面产生粉化的 脆性皮膜。后呈黑色状（或呈白点），大小形 状不一定。一,因电流密度过大引起表面象因加热变形等而产生的皮膜破电解中制品内部气体堆积，阳极擦伤处理使用中表面出现的连续或断续的线状伤。白斑阳极氧化皮膜表面不透明的白化状缺陷图例定义及产生原因脏污间隙里有各种处理液电解 后象口水门状

18、流在表面。亮雾面0制品以及单品相互间颜色 不同。杂质粘付电解液中的异物，脏物或者 因带入了酸，胶化后象固体 付着在被涂水迹前工程用的碱液或酸液残 留在挂着的框架和治具上， 象水滴样滴在被涂物上留 下的痕迹。变色烧付时温度上升，时间长， 局部温度差引起的。因为前 工程水洗不良等。产品主要 变成黄色。雾状付着氢氧化钠液的雾状物和硫 酸的雾状物，付着在电气涂 装后烧付前的涂膜上极其 小的腐蚀斑点状物。耐磨性 不良（ 不均）表面很光滑，但部分光泽不 明，叫做亮度不均。平滑度 不好的部分象波浪状，另象 云状的缺陷叫做雾状不均。5. 3与内部品质有关的不良缺陷图例定义及产生原因卷入不纯物缩尾fl * 7卜

19、中心裂纹铝锭气泡等留在挤压材或进入 了空气而破裂。压余太簿，中心 铝供给不足，造成尾部空心。裂纹铝锭铸造时有巢状的东西直接 残留在挤压材上。1缺陷图例定义及产生原因焊合线因模具设计，挤压条件不 符，外观看起来有焊合线， 严格来说并没有焊合线。接状影响部（缩头）挤压接头部新旧铝棒交 换，表现在制品表面，碱冼 后呈竹笋状。粗大结晶挤压条件不合或进行高温 矫正时，看见结晶粒粗大 化，象反应时呈鳞状物。6、挤压材的检查6. 16.1.1尺寸”）6 .1.2新模试模验收的检查全尺寸检查，并根据尺寸的稳定性、重要性程度，从中选出生产时在线检查的尺寸项目（即“必检应确认在正常挤压条件下形状、尺寸的稳定性；确认该模挤出材的组织是否符合后处理要求（如加工、阳极氧化等）与满足使用要求6.1.3焊合性能等），对性能薄弱的部分应去除（如收尾、头部夹心等） ；6.2在线检查6.2 . 1首件检查应取挤出后无变形的试样做从形状到尺寸再到焊合性、表面处理性的检查，对控重的产品还应检查米重，首检应连续检查3次（即头1