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在 标准GB/T3190中规定的6063铝合金成分范围内,对化学成分的取值不同,会得到不同的材质特性,当化学成分的范围很大时,其性能差异会在很大范围内波动,以致型材的综合性能会无法控制。
6063铝合金的化学成分成为生产优质铝合金建筑型材的重要的一环。
一、合金元素的作用及其对性能的影响
6063铝合金是AL-Mg-Si系中具有中等强度的可热处理强化合金,Mg和Si是主要合金元素,优选化学成分的主要工作是确定Mg和Si的百分含量(质量分数,下同)。
1.1Mg的作用和影响 Mg和Si组成强化相Mg2Si,Mg的含量愈高,Mg2Si的数量就愈多,热处理强化效果就愈大,型材的抗拉强度就愈高,但变形抗力也随之增大,合金的塑性下降,加工性能变坏,耐蚀性变坏。
1.2Si的作用和影响 Si的数量应使合金中所有的Mg都能以Mg2Si相的形式存在,以确保Mg的作用得到充分的发挥。随着Si含量增加,合金的晶粒变细,金属流动性增大,铸造性能变好,热处理强化效果增加,型材的抗拉强度提高塑性降低,耐蚀性变坏。
二、Mg和Si含量的选择
2.1Mg2Si量的确定
2.1.1Mg2Si相在合金中的作用 Mg2Si在合金中能随着温度的变化而溶解或析出,并以不同的形态存在于合金中: (1)弥散相β’’固溶体中析出的Mg2Si相弥散质点,是一种不稳定相,会随温度的升高而长大。 (2)过渡相β’ 是β’’由长大而成的中间亚稳定相,也会随温度的升高而长大。(3)沉淀相β是由β’ 相长大而成的稳定相,多聚集于晶界和枝晶界。 能起强化作用Mg2Si相是当其处于β’’弥散相状态的时候,将β相变成β’’相的过程就是强化过程,反之则是软化过程。
2.1.2Mg2Si量的选择 6063铝合金的热处理强化效果是随着Mg2Si量的增加而增大。当Mg2Si的量在0.71%~1.03%范围内时,其抗拉强度随Mg2Si量的增加近似线性地提高,但变形抗力也跟着提高,加工变得困难。但Mg2Si量小于0.72%时,对于挤压系数偏小(小于或等于30)的制品,抗拉强度值有达不到标准要求的危险。当Mg2Si量超过0.9%时,合金的塑性有降低趋势。 GB/T5237.1—2000标准中要求6063铝合金T5状态型材的σb≥160MPa,T6状态型材σb≥205MPa,实践证明.该合金的 可达到260MPa。但大批量生产的影响因素很多,不可能确保都达到这么高。综合的考虑,型材既要强度高,能确保产品符合标准要求,又要使合金易于挤压,有利于提高生产效率。我们设计合金强度时,对于T5状态交货的型材,取200MPa为设计值。
2.1.3Mg含量的确定 Mg2Si的量一经确定,Mg含量可按下式计算: Mg%=(1.73×Mg2Si%)/2.73 2.1.4Si含量的确定 Si的含量必须满足所有Mg都形成Mg2Si的要求。由于Mg2Si中Mg和Si的相对原子质量之比为Mg/Si=1.73 ,所以基本Si量为Si基=Mg/1.73。 但是实践证明,若按Si基进行配料时,生产出来的合金其抗拉强度往往偏低而不合格。显然是合金中Mg2Si数量不足所致。原因是合金中的Fe、Mn等杂质元素抢夺了Si,例如Fe可以与Si形成ALFeSi化合物。所以,合金中必须要有过剩的Si以补充Si的损失。合金中有过剩的Si还会对提高抗拉强度起补充作用。合金抗拉强度的提高是Mg2Si和过剩Si贡献之和。当合金中Fe含量偏高时,Si还能降低Fe的不利影响。但是由于Si会降低合金的塑性和耐蚀性,所以Si过应有合理的控制。我厂根据实际经验认为过剩Si量选择在0.09% ~0.13%范围内是比较好的。 合金中Si含量应是:Si%=(Si基+Si过)%
铝是一种轻金属,其化合物在天然界中散布极广,铝在地壳中的含量仅次于氧和硅。在金属种类中,铝仅次于钢铁,为第二大类金属。铝具有特殊的化学、物理特性,是当今常用的工业金属之一,不只分量轻,质地坚,并且具有杰出的延展性、导电性、导热性、耐热性和耐核辐射性,是国民经济开展的重要根底原材料。
铝的密度是2.7,约为一般金属的1/3。而常用铝导线的导电度约为铜的61%,导热度为银的一半。尽管纯铝极软且富延展性,但仍可经过冷加工及做成合金来使它硬化。铝土矿是铝的重要来历,制作一镑氧化铝约需求两磅铝土矿,而制作一磅金属铝需求两磅氧化铝。
铝在天然界中多以氧化物、氢氧化物和含氧的铝硅酸盐存在,很少发现铝的天然金属。现在已知的含铝矿藏有258种,其间常见的矿藏约43种。实际上,由纯矿藏组成的铝矿床是没有的,一般都是共生散布,并混有杂质。从经济和技能观念动身,并不是一切的含铝矿藏都能成为工业质料。用于提炼金属铝的首要是由一水硬铝石、一水软铝石或三水铝石组成的铝土矿。
一水硬铝石又叫水铝石,结构式和分子式分别为AlO(OH)和Al2O3?H2O。斜方晶系,结晶无缺者呈柱状、板状、鳞片状、针状、棱状等。矿石中的水铝石一般均含有TiO2、SiO2、Fe2O3、Ga2O3、Nb2O5、Ta2O5、TR2O3等不同量类质同象混入物。水铝石溶于酸和碱,但在常温常压下溶解甚弱,需在高温高压和强酸或强碱浓度下才干彻底分化。一水硬铝石构成于酸性介质,与一水软铝石、赤铁矿、针铁矿、高岭石、绿泥石、黄铁矿等共生。其水化可变成三水铝石,脱水可变成α刚玉,可被高岭石、黄铁矿、菱铁矿、绿泥石等告知。
铝的密度是2.7,约为一般金属的1/3。而常用铝导线的导电度约为铜的61%,导热度为银的一半。尽管纯铝极软且富延展性,但仍可经过冷加工及做成合金来使它硬化。铝土矿是铝的重要来历,制作一镑氧化铝约需求两磅铝土矿,而制作一磅金属铝需求两磅氧化铝。
铝在天然界中多以氧化物、氢氧化物和含氧的铝硅酸盐存在,很少发现铝的天然金属。现在已知的含铝矿藏有258种,其间常见的矿藏约43种。实际上,由纯矿藏组成的铝矿床是没有的,一般都是共生散布,并混有杂质。从经济和技能观念动身,并不是一切的含铝矿藏都能成为工业质料。用于提炼金属铝的首要是由一水硬铝石、一水软铝石或三水铝石组成的铝土矿。
一水硬铝石又叫水铝石,结构式和分子式分别为AlO(OH)和Al2O3?H2O。斜方晶系,结晶无缺者呈柱状、板状、鳞片状、针状、棱状等。矿石中的水铝石一般均含有TiO2、SiO2、Fe2O3、Ga2O3、Nb2O5、Ta2O5、TR2O3等不同量类质同象混入物。水铝石溶于酸和碱,但在常温常压下溶解甚弱,需在高温高压和强酸或强碱浓度下才干彻底分化。一水硬铝石构成于酸性介质,与一水软铝石、赤铁矿、针铁矿、高岭石、绿泥石、黄铁矿等共生。其水化可变成三水铝石,脱水可变成α刚玉,可被高岭石、黄铁矿、菱铁矿、绿泥石等告知。