6063合金棒质量控制探讨.pdf

echnologygy技 术技 术54T6063 合金棒质量控制探讨6063 合金棒质量控制探讨6 系合金是以镁和硅为主要合金元素并以 MgSi 相为强化相的铝合金，属于热处理可强化铝合金。合金具有中等强度，耐腐蚀性高，焊接性能良好，焊接区腐蚀性能不变，成形性和工艺性能良好等优点。6 系合金中用的最广的是6061和6063合金，具有最佳的综合性能，是最佳挤压合金，广泛用于建筑型材。6063 合金棒是云南文山铝业生产的主要产品，产品规格主要是直径为90mm、120mm、178mm的铝合金圆铸锭。在规模化生产的同时，客户对产品的内部、外部质量提出了严格的要求。针对在生产过程中容易出现的气孔、光亮晶粒、粗大晶粒、羽毛晶粒以及冷隔、裂纹、拉痕等质量缺陷，我们以现场生产实际情况为基础，经过认真的分析，探讨与研究，在工艺和生产技术等方面进行了许多有益的探索，解决了很多实际问题，采取的一些措施可供同行参考。一、6063 合金圆铸锭的主要质量缺陷及防止措施1.气孔气孔尺寸一般都很大，约为几毫米。圆铸锭横截面断口检查时，会发现气孔的宏观特征为圆孔状，圆孔内表面光滑且具有金属光泽(见图 1)。切片取样后，其试片即使经过化学试剂侵蚀，仍然为显性可见。气孔来源主要是熔体中的氢气和其他杂质气体，在熔炼和结晶过程中，来不及溢出金属表面，残留于金属铸锭中形成的。气孔的产生影响铸锭的密度和强度，进而影响使用性能。气孔缺陷的防止措施主要有：(1)熔炼过程中工器具的充分预热；(2)熔料以及添加剂保证干燥；(3)精炼作业要充分、彻底；(4)熔液表面铺洒覆盖剂并有效静置；(5)适当提高铸造温度，降低铸造速度。2.光亮晶粒在铸锭宏观组织中存在的色泽光亮的树枝状组织称为光亮晶粒(见图 2)。其形成的机理是：铸造过程中，在漏斗底部生成合金元素低的树枝状晶体，随着不断涌入的熔体填充，在过冷度极小的情况下，在液穴中长大而缓慢形成。铸锭试片低倍分析时，可以发现其低倍组织对光线无选择文/李海鹏文/李海鹏云南文山铝业有限公司云南文山铝业有限公司Discussion on Quality Control of 6063 Alloy RodDiscussion on Quality Control of 6063 Alloy Rod摘要：本文探讨了 6063 铝合金圆铸锭生产过程中存在的几种质量缺陷，并提出了相应的技术措施。此外，结合生产工艺流程，对熔体处理、精练、浇铸等几方面的工艺操作进行了详细阐述。关键词：6063 合金圆铸锭；防止措施；生产工艺技术。图 1 气孔Technology技 术技 术55性且色泽光亮呈树枝状。光亮晶粒的产生使铸锭的化学成分低于合金的成分，造成合金组织不均匀，硬度降低。光亮晶粒的防止措施主要有：(1)漏斗表面要清洁、光滑，铸造前要充分预热；(2)漏斗不要太大，漏斗距离底座不要太深；(3)适当提高铸造温度和铸造速度；(4)要确保进入漏斗的熔液均匀，减少波动。3.粗大晶粒宏观组织中出现的的均匀或不均匀的大晶粒称为粗大晶粒(见图 3)。粗大晶粒的形成机理是：铸锭晶粒受熔体中结晶核心多少和铸造工艺的影响，当结晶核心少、冷却速度慢、过冷度小、成核数量少，晶粒长大速度快，则产生均匀大晶粒。铝熔体温度过高或是过烧，或者熔体进入漏斗后液穴内温度不均匀，这种情况也极易造成局部大晶粒或粗晶区。粗大晶粒的存在会降低铸锭强度及使用性能。防止粗大晶粒产生的措施有：(1)防止铝熔体温度过高或是过烧；(2)减少铝熔体在熔炉内停留时间，避免熔体反复升温；(3)合金成分与杂质含量配置适当，加强炉内熔液的晶粒细化和在线晶粒细化；(4)降低铸造温度，适当升高冷却强度，加快结晶速度。4.羽毛状晶羽毛状晶与正常晶粒相比，其晶粒的组织特征呈扇形分布的羽毛状，晶粒非常大，极易辨认。铸锭经过挤压变形后，羽毛状晶不能消除。其产生机理为：浇注过程中，熔体的温度很高，铸锭的冷却速度快，向结晶面直接供给热的金属熔体以及熔体中的有效活性质点极少时产生。羽毛状晶的出现，极大地降低了铸锭的力学性能，在轧制和锻造时工艺塑性不好，容易沿双晶直产生裂纹。在铸锭产品中要严加控制。防止羽毛状晶产生的有效方法有：(1)熔炼过程添加必要的冷材，缩短熔炼时间；(2)防止熔体在炉内长时间的停留，引起非自发晶核的减少；(3)增加晶粒细化剂的投入量；(4)降低熔炼温度以及铸造温度；(5)增加变质剂加入量。5.冷隔冷隔也叫做成层(见图 4)，是铸锭表面上存在的有规律的重叠或内部形成隔层的现象。是铸锭边部熔体提前凝固的结果。在铸造过程中，流动的铝熔体不能很好地填充到铸锭四周，当熔液流动性减慢，温度逐渐降低，开始形成硬壳，继续流入的熔体不能克服原有硬壳的表面张力并且破坏氧化膜表面的包裹，在铸锭表面形成的一道道重叠，就是冷隔现象。冷隔的产生，破坏了金属的连续性，当冷隔处应力加大后，极易使圆铸锭形成横向裂纹。在后期的加工过程中，增加了铣面量和车皮量，降低了铸锭的成品率，增加了成本。为了提高产品质量、保证加工质量，冷隔必须消除。图 2 存在光亮晶粒的试片图 3 边缘部粗大晶粒图 4 冷隔echnologygy技 术技 术56T防止冷隔产生的措施：(1)适当提高铸造温度，保证铝熔体有良好的流动性；(2)漏斗安装合理、平整、表面光滑无异物，使熔体流向均匀；(3)提高铸造速度，增加熔体供流量；(4)为防止金属熔体水平波动，采用液面自动控制系统。6.裂纹铸锭裂纹通常分为热裂纹和冷裂纹两种，是铝合金圆铸锭生产的一种常见缺陷。我们把铸锭冷凝时产生的裂纹叫热裂纹，铸锭冷凝后产生的裂纹称为冷裂纹。铸锭低倍试片上，热裂纹成像曲折而不平直，有时还会有分叉，断口处呈氧化色或黄褐色；冷裂纹一般为平直的裂线，断口比较平整且无氧化现象，颜色呈浅灰色或亮灰色。铸锭的裂纹常见为中心裂纹(见图 5)和表面裂纹(见图 6)。中心裂纹的防止措施有：(1)严格控制好化学成分和杂质含量，提高抗裂纹的能力；(2)防止熔体过热或者炉内的停留时间过长；(3)适当提高冷却水压，降低铸造速度；(4)如若浇铸时间长，保证熔体温度的平稳，不宜偏高或偏低。表面裂纹(见图 6)是铸锭从结晶器中拉出来时，铸锭表面急剧冷却，表面收缩受到已经凝固的中心层的阻碍，在拉伸应力的作用下产生。其防止措施为：(1)严格按照要求控制好化学成分和杂质含量；(2)控制好液穴深度来平衡应力场的作用，降低铸锭表层的拉应力；(3)使用开口大、锥度小的结晶器；(4)确保结晶器二次冷却水流均匀；(5)适当提高铸造速度。7.拉痕圆铸锭表面纵向上存在的条痕称为拉痕(见图 7)。是铸锭相对于结晶器滑动时，铸锭凝壳与结晶器壁之间的摩擦以及二者之间的黏着引起的，当摩擦力和黏着力大于凝壳的强度极限时就产生了拉痕。拉痕的产生破坏了铸锭表 层的连续性，当深度不超过铸锭表面加工余量时，可在后续加工中去除，一旦深度很深，铸锭将整根报废，影响成品率，增加生产成本。拉痕的防止措施：(1)正确安装和维护结晶器，保证结晶槽工作面的清洁润滑；图 5 中心裂纹图 6 表面裂纹图 7 拉痕Technology技 术技 术57(2)及时清理冷却水通路，保证铸锭周边冷却均匀；(3)适当降低铸造速度和铸造温度；(4)开始浇铸时，液面波动不要太大；(5)浇铸过程平稳后，适当降低结晶器内的液面高度；及时清理油气润滑通路，保证铸锭周边润滑均匀。以上是对 6063 合金棒生产过程中几种主要质量缺陷的分析和防止措施的阐述。日常生产中，我们在工艺操作方面还应该注意正确的熔炼和精炼作业，以及铸锭浇铸的工艺操作。二、6063 合金棒生产工艺技术1.正确的熔炼和精炼作业熔炼炉在添加熔液之前，先将 20%30%的干燥炉料填入熔炉内，炉料主要以棒头棒尾、铝锭为主。将高温的电解铝液倒入熔炉中，利用电解铝液的高温熔化先期投入的固体废料，这样做的好处：一方面可以降低电解原铝温度，将电解铝液中的气体初步除去；另一方面，还可为铸锭的结晶过程提供晶核，增加形核能力，提高晶粒度。原铝倒入后，将铝液温度控制在 750 770之间。根据化学成分控制范围计算需添加的金属元素，使用科学的添加方式投入熔炉内。其中对于熔点相对较高的合金元素硅，主要以中间合金的形式加入。金属元素镁，由于其自身熔点低，在添加方式上一定要避免烧损，在镁锭投入后，一定要使用压镁耙或是金属罩将其完全压入铝溶液中，直至完全融化。然后进行熔体的搅拌，按熔体总量的 0.1%0.2%向熔体表面撒入打渣剂，搅拌时间控制在 30 分钟左右，要求顺时针和逆时针匀速搅拌，搅拌幅度不要太大，目的是铝液上下表面温度和炉内合金成分均匀。静置 10 分钟后，进行扒渣作业并对熔液进行取样分析。精炼作业分两次进行，精炼使用纯度为 99.99%的氮气。两次精炼添加精炼剂用量为 1.5 2.0kg/t，第一次精炼时间为 25 30 分钟，第二次时间控制在 15 20 分钟。直径相对偏大的圆铸锭，可以在二次精炼前添加 AL-TI-B块，用量为 0.5 1.0kg/t，其目的在于增加熔体中有效形核核心数，使内部组织更加致密。精炼完成，化验成分合格，在保证生产温度的前提下，留有充足的静置时间，使铝熔体内残留杂质沉淀，杂质气体逸出。2.铸锭浇铸的工艺操作在熔体浇铸前，应该对分流盘、溜槽、过滤箱、过滤板等进行充分的预热。结晶器内做模，使用 1500 目的滑石粉调和植物油做成腻子，将腻子置于转接板与石墨环的连接处，石墨环要留出余量，最好露出整个石墨环的1/2 2/3，做模要均匀且表面光滑，厚度控制在 10mm 左右，必要时可在做模结束后表层涂刷润滑油，增加表层光洁度，防止生产过程中的脱落。浇铸过程中，要注意测温，根据测温值适当地调整铸造温度和冷却水量，保证铸棒的外表面质量。浇铸的同时溜槽内添加铝钛硼丝线杆，进行在线晶粒细化，添加量以圆铸锭直径的增加呈线性增大，线杆要匀速加入并充分融化，有效增加熔体内 部的细密度，提高内部质量。浇铸过程中尽量减少结晶器内铝熔体的搅拌，目的是减少工器具与熔体接触时带来的二次夹渣和吸气，从而降低熔体的纯净度。如果熔体表面浮渣过多，可在铸锭生产300mm 左右时，对铝液表面的浮渣进行打渣作业。打渣前，渣铲要充分预热，打渣作业时，动作幅度不要太大，能将浮渣打出即可。三、结语由于工艺操作的复杂性，浇铸作业前对熔体的温控、配料、精炼、静置一定要按照工艺要求认真执行。整个生产过程要将温度的控制放在首位，熔炼温度、精炼温度、浇铸温度都是关键指数，做好测量和记录。在实际生产时，要以生产参数为依托，根据环境的潮湿度、气温的差异来进行微调。通过眼看、耳听、触摸等直观感受结合以上提到的各种防止措施，解决现实生产中遇到的多种问题，有效提升产品内外部质量，降低残次品率，满足客户需求。参考文献1 周家荣，铝合金熔铸技术问答 M.冶金工业出版社.2 谢水生、刘静安、徐俊、李静媛，简明铝合金加工手册.冶金工业出版社.作者简介：李海鹏，男，山西运城人，大学专科学历，一级技师，现就职于云南文山铝业有限公司合金分公司。R R