提高淬火冷却强度, 减少铝型材黑斑95-4.doc

提高淬火冷却强度 减少铝型材黑斑 95-4
山东铝业公司铝加工厂　杨立城　陈贵子
6063-T5建筑型材阳极氧化后表面有时出现黑斑。黑斑影响装饰效果和降低机械性能。黑斑形成的主要原因是挤压淬火冷却强度不足，高温型材某些部位接触其他物体时局部急冷后，受周围高温热传导引起再加热过程，从而使其组织不均匀和Mg2Si大量析出所致。
1　前言
　　6063-T5合金建筑型材有时阳极氧化后表面出现黑斑而成为废品，我厂开工生产以来，由于黑斑废品造成一定的经济损失(表1)。本文根据我厂的实际情况，对黑斑形成的原因进行了探讨和总结。

2　黑斑的特征
　　(1)黑斑部位的主要特征是表面粗糙、呈暗灰色、硬度低(表2)。
　　(2)黑斑的形状不规则，但其沿型材纵向的宽度尺寸基本与步进梁石墨条宽度相近。
　　(3)同一根铸锭所挤出的型材上，型材尾部出现黑斑的倾向性比头部要大得多。单根型材上相邻黑斑的间距与步进冷床的固定梁间距相吻合。
　　(4)夏季产生的倾向性大；空心、壁厚或平板状型材易产生。

3　黑斑形成的原因
　　据资料介绍[1]，美国国家标准局的科研人员用2×××系合金140mm厚板经机加工后在零件中都出现了软点这一现象，提出了一种观点：“软点区域是快速冷却后被其他高温区域传来的热流再加热的结果”。在挤压机上淬火的6063型材有时也观察到这种类似现象，即众所周知的黑斑，因阳极氧化处理后这些区域变黑而定名。
　　试分析我厂型材生产过程黑斑形成的原因：我厂挤压机初料台上方到1990年年底为止，未安装风冷淬火装置，挤出后的型材靠自然空气冷却淬火。有、无风冷淬火装置情况下型材沿长度方向某些部位的冷却温度见表3。

　　从表3可知，在无风机冷却的情况下，具有470～480℃高温的挤出型材与步进冷床固定梁的石墨条接触时局部区域温度迅速下降，但后受两侧高温部位区域的热传导作用又实现了温度回升的再加热过程，从而形成了与其他正常部位不一致的组织。电镜组织表明：正常区，表面较致密，横截面内Mg2Si质点较少；黑斑区，表面较疏松，横截面内Mg2Si质点较多。6063合金中的Mg、Si含量一般按1.73：1配比，以保证合金最佳的综合性能。测定黑斑区的成分(表4)后发现，黑斑区内有过剩的Mg或Si存在。过剩的Mg、Si都能增大合金的晶间腐蚀，所以型材在经过碱蚀和阳极氧化处理后，该局部不但对光的折射能力与周围区域不同，光学显微镜下观测到呈黑色汉字状的Mg2Si相存在，肉眼观察下呈暗灰色，即形成了通常所说的“黑斑”。

4　减少型材黑斑的措施
　　根据黑斑出现的原因，我厂提出减少型材黑斑的措施是：
(1)提高挤压淬火时的冷却强度
　　Mg2Si在6063合金中的含量约占1.2%[2]。根据α(Al)-Mg2Si伪二元相图，当使型材上到步进冷床时的温度降到200℃以下，则此时约95%的Mg2Si在Al中固溶，型材将不会出现黑斑，故在1990年年底我厂从距挤压机出口3m处开始沿型材流向安装了8台FT35轴流式风机，风扇与型材之间的垂直距离为800mm，以增加挤压淬火强度，收到了明显的降温效果(表3)。
(2)将步进冷床与型材接触的良导热体改为不良导热体
　　将步进冷床上的石墨条改为胶木条，以减弱接触部位受冷后的冷却梯度，也就降低了接触部位冷却后再加热过程的不良影响。
　　通过上述措施，收到了明显效果，有黑斑的型材由占年产量的2.04%降到占0.36%，提高了企业的经济效益(表5)。

　　注：每吨黑斑型材的经济损失按型材销售价减去公司内部的废料价后，按1万元/t估算
　　需要说明的是，由于我厂一台挤压机上生产许多种不同断面规格的型材，型材截面积相差十几倍，某些大断面积型材受空间和操作环境的制约，现所增设的淬火风机还不能使这类型材温度达到降至200℃以下的理想状态，故该情况下黑斑还不能彻底消除，这也正是我厂有待进一步改进的课题。
5　结束语
　　6063-T5合金建筑型材阳极氧化后表面出现黑斑缺陷的原因，是挤压淬火时冷却强度不足、型材某些部位接触其他物体时局部急冷和周围高温热传导的再加热过程，导致了合金局部组织与正常部位组织不一致，并产生Mg2Si大量析出，该不正常组织的部位经阳极氧化后形成了黑斑。
　　防止黑斑出现的根本措施是提高挤压淬火的冷却效果，使型材挤压淬火后与其化物体接触时的温度降至200℃以下。
参考文献
　　1　J.T.Staleg，Meterials Science and Techno1ogy，1987，Vo13，No.11
　　2　王祝堂等，铝合金及其加工手册，中南工大出版社，1989