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請問鋁合金的最佳精煉工藝？？
- 回答：1 瀏覽：1609 提問時間：2008-03-07
- 請問應(yīng)該采用什么樣的操作方法及選用什么樣的精煉劑等？？通常的精煉方法有哪些？？
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- 6063鋁合金生產(chǎn)流程為例：
一．Al-Mg-Si系合金的基本特點：
6063鋁合金的化學成份在GB/T5237-93標準中為0．2-0．6％的硅、0．45-0．9％的鎂、鐵的最高限量為0. 35％，其余雜質(zhì)元素(Cu、Mn、Zr、Cr等)均小于0．1％。這個成份范圍很寬，它還有很大選擇余地。
6063鋁合金是屬鋁-鎂-硅系列可熱處理強化型鋁合金，在AL-Mg-Si組成的三元系中，沒有三元化合物，只有兩個二元化合物Mg2Si和Mg2Al3，以α(Al)-Mg2Si偽二元截面為分界，構(gòu)成兩個三元系，α(Al)-Mg2Si-(Si)和α(Al)-Mg2Si-Mg2Al3，如圖一、田二所示：
在Al-Mg-Si系合金中，主要強化相是Mg2Si，合金在淬火時，固溶于基體中的Mg2Si越多，時效后的合金強度就越高，反之，則越低，如圖2所示，在α(Al)-Mg2Si偽二元相圖上，共晶溫度為595℃，Mg2Si的最大溶解度是1．85％，在500℃時為1. 05％，由此可見，溫度對Mg2Si在Al中的固溶度影響很大，淬火溫度越高，時效后的強度越高，反之，淬火溫度越低，時效后的強度就越低。有些鋁型材廠生產(chǎn)的型材化學成份合格，強度卻達不到要求，原因就是鋁捧加熱溫度不夠或外熱內(nèi)冷，造成型材淬火溫度太低所致。
在Al-Mg-Si合金系列中，強化相Mg2Si的鎂硅重量比為1．73，如果合金中有過剩的鎂(即Mg：Si＞1. 73)，鎂會降低Mg2Si在鋁中的固溶度，從而降低Mg2Si在合金中的強化效果。如果合金中存在過剩的硅，即Mg：Si＜1．73，則硅對Mg2Si在鋁中的固溶度沒有影響，由此可見，要得到較高強度的合金，必須Mg：Si＜1．73。
二．合金成份的選擇
1．合金元素含量的選擇
6063合金成份有一個很寬的范圍，具體成份除了要考慮機械性能、加工性能外，還要考慮表面處理性能，即型材如何進行表面處理和要得到什么樣的表面。例如，要生產(chǎn)磨砂料，Mg/Si應(yīng)小一些為好，一般選擇在Mg/Si=1-1．3范圍，這是因為有較多相對過剩的Si，有利于型材得到砂狀表面；若生產(chǎn)光亮材、著色材和電泳涂漆材，Mg/Si在1．5-1．7范圍為好，這是因為有較少過剩硅，型材抗蝕性好，容易得到光亮的表面。
另外，鋁型材的擠壓溫度一般選在480℃左右，因此，合金元素鎂硅總量應(yīng)在1．0％左右，因為在500℃時，Mg2Si在鋁中的固溶度只有1．05％，過高的合金元素含量會導致在淬火時Mg2Si不能全部溶入基體，有較多的末溶解Mg2Si相，這些Mg2Si相對合金的強度沒有多少作用，反而會影響型材表面處理性能，給型材的氧化、著色(或涂漆)造成麻煩。
2．雜質(zhì)元素的影響
①鐵，鐵是鋁合金中的主要雜質(zhì)元素，在6063合金中，國家標準中規(guī)定不大于0．35，如果生產(chǎn)中用一級工業(yè)鋁錠，一般鐵含量可控制在0．25以下，但如果為了降低生產(chǎn)成本，大量使用回收廢鋁或等外鋁，鐵就根容易超標。Fe在鋁中的存在形態(tài)有兩種，一種是針狀(或稱片狀)結(jié)構(gòu)的β相(Al9Fe2Si2)，一種為粒狀結(jié)構(gòu)的α相(Al12Fe3Si)，不同的相結(jié)構(gòu)，對鋁合金有不同的影響，片狀結(jié)構(gòu)的β相要比粒狀結(jié)構(gòu)α相破壞性大的多，β相可使鋁型材表面粗糙、機械性能、抗蝕性能變差，氧化后的型材表面發(fā)青，光澤下降，著色后得不到純正色調(diào)，因此，鐵含量必須加以控制。
為了減少鐵的有害影響可采取如下措施。
a)熔煉、鑄造用所有工具在使用前涂涮涂料，盡可能減少鐵溶人鋁液。
b)細化晶粒，使鐵相變細，變小，減少其有害作用。
c)加入適量的鍶，使β相轉(zhuǎn)變成α相，減少其有害作用。
d)對廢雜料細心挑選，盡可能的減少鐵絲、鐵釘、鐵屑等雜物進入熔鋁爐造成鐵含量升高。
②其它雜質(zhì)元素
其它雜質(zhì)元素在電解鋁錠中都很少，遠遠低于國家標準，在使用回收廢雜鋁時就可能超過標準；在生產(chǎn)中，不但要控制每個元素不能超標，而且要控制雜質(zhì)元素總量也不能超標，當單個元素含量不超標，但總量超標時，這些雜質(zhì)元素同樣對型材質(zhì)量有很大影響。特別需要提出強調(diào)的是，實踐證明，鋅含量到0．05時(國標中不大于0．1)型材氧化后表面就出現(xiàn)白色斑點，因此鋅含量要控制到0．05以下。
三．6063鋁合金的熔煉
1．控制好熔煉溫度
鋁合金熔煉是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鑄棒的最重要工藝環(huán)節(jié)之一，若工藝控制不當，會在鑄捧中產(chǎn)生夾渣、氣孔，晶粒粗大，羽毛晶等多種鑄造缺陷，因此必須嚴加控制。
6063鋁合金的熔煉溫度控制在750-760℃之間為佳，過低會增大夾渣的產(chǎn)生，過高會增大吸氫、氧化、氮化燒損。研究表明，鋁液中氫氣的溶解度在760℃以上急劇上升，當熱減少吸氫的途徑還有許多，如烘干溶煉爐和熔煉工具，防止使用熔劑受潮變質(zhì)等。但熔煉溫度是最敏感因素之一，過離的熔煉溫度不但浪費能源，增加成本，而且是造成氣孔，晶粒粗大，羽毛晶等缺陷的直接成因。
2．選用優(yōu)良的熔劑和適當?shù)木珶捁に?
熔劑是鋁合金熔煉中使用的重要輔助材料，目前市場上所售熔劑中主要成份為氯化物，氟化物，其中氯化物吸水性強，容易受潮，因此，熔劑的生產(chǎn)中必須烘干所用原料，徹底除去水份，包裝要密封，運輸、保管中要防止破損，還要注意生產(chǎn)日期，如保管日期過長，同樣會發(fā)生吸潮現(xiàn)象，在6063鋁合金的熔煉中，使用的除渣劑、精煉劑、覆蓋劑等熔劑如果吸潮，都會使鋁液產(chǎn)生不同程度的吸氫。
選擇好的精煉劑，選擇合適的精練工藝也是非常重要的，目前6063鋁合金的精煉絕大多數(shù)采用噴粉精煉，這種精煉方法能使精煉劑與鋁液充分接觸，可使精煉劑發(fā)揮最大效能。雖然這個特點是顯而易見的，但是精煉工藝也必須注意，否則得不到應(yīng)有效果，噴粉精煉中所用氮氣壓力以小為好，能滿足吹出粉劑為佳，精煉中如果使用的氮氣不是高純氯(99．99％N2)，吹入鋁液的氮氣越多，氟氣中的水份使鋁液產(chǎn)生的氧化和吸氫越多。另外，氟氣壓力高，侶液產(chǎn)生的翻卷波浪大，增大產(chǎn)生氧化夾渣的可能性。如果精煉中使用的是高純氮，精煉壓力大，產(chǎn)生的氣泡大，大氣泡在鋁液中的浮力大，氣泡迅速上浮，在鋁液中的停留時間短，除氫效果并不好，浪費氮氣，增加成本。因此氮氣應(yīng)少用，精煉劑應(yīng)多用，多用精煉劑只有好處，沒有壞處。噴粉精煉的工藝要點是用盡可能少的氣體，噴進鋁液盡可能多的精煉劑。
3．晶粒細化
晶粒細化是鋁合金熔鑄中暈重要的工藝之一，也是解決氣孔、晶粒粗大、光亮晶、羽毛晶、裂紋等鑄造缺陷的最有效措施之一。在合金鑄造中，均是非平衡結(jié)晶，所有的雜質(zhì)元素(當然也包括合金元素)絕大部分集中分布在晶界，晶粒越小，晶界面積就越大，雜質(zhì)元素(或合金元素)的均勻度就越高。對雜質(zhì)元素而言，均勻度高，可減少它的有害作用，甚至將少量雜質(zhì)元素的有害變?yōu)橛幸�；對合金元素面言，均勻度高，可發(fā)揮合金元素更大的合金化艘能，達到充分利用資源的目的。
細化晶粒、增大晶界面積、增大元素均勻度的作用可通過下面的計算加以說明。
假設(shè)金屬塊1與2有同樣的體積V，均由立方體晶粒構(gòu)成，金屬塊1的晶粒邊長為2a，2的邊長為a，那么金屬塊1的晶界面積為：
金屬塊2的晶界面積為：
金屬塊2的晶界面積是金屬塊1的2倍。
由此可見合金晶粒直徑減小一倍，晶界面積就要增大—倍，晶界單位面積上的雜質(zhì)元素將減少一倍。
在6063鋁合金的生產(chǎn)中，對磨砂料來說，由于要通過腐蝕使型材產(chǎn)生均勻砂面，那么合金元素及雜質(zhì)元素的均勻分布就顯得尤為重要。晶粒越細，合金元素(雜質(zhì)元素)的分布越均勻，腐蝕后得到的砂面就越均勻。
四．6063鋁合金的澆鑄
1．選擇合理的澆鑄溫度
合理的澆鑄溫度也是生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鋁棒的重要因素，溫度過低，易產(chǎn)生夾渣、針孔等鑄造缺陷。溫度過高，易產(chǎn)生晶粒粗大、羽毛晶等鑄造缺陷。
做了晶粒細化處理后的6063鋁合金液，鑄造溫度可適當提高，一般可控制在720-740℃之間，這是因為：①鋁液經(jīng)晶粒細化處理后變粘，容易凝固結(jié)晶。②鋁棒在鑄造中結(jié)晶前沿有一個液固兩相過度帶，較高的鑄造溫度有較窄的過度帶，過度帶窄有利于結(jié)晶前沿排出的氣體逸出，當然溫度不可過高，過高的鑄造溫度會縮短晶粒細化劑的有效時間，使晶粒變得相對較大。
2．有條件時，充分預(yù)熱，烘干流槽、分流盤等澆鑄系統(tǒng)，防止水分與鋁液反應(yīng)造成吸氫。
3．鑄造中，盡可能的避免鋁液的紊流和翻卷，不要輕易用工具攪動流槽及分流盤中的鋁液，讓鋁液在表面氧化膜的保護下平穩(wěn)流人結(jié)晶器結(jié)晶，這是因為工具攪動鋁液和液流翻卷都會使鋁液表面氧化膜破裂，造成新的氧化，同時將氧化膜卷入鋁液。經(jīng)研究表明，氧化膜有極強的吸附能力，它含有2％的水份，當氧化膜卷入鋁液后，氧化膜中的水份與鋁液反應(yīng)，造成吸氫和夾渣。
4．對鋁液進行過濾，過濾是除去鋁液中非金屬夾渣最有效的方法，在6063鋁合金的鑄造中，一般用多層玻璃絲布過濾或陶瓷過濾板過濾，無論是采取何種過濾方法，為了保證鋁液能正常的過濾，鋁液在過濾前應(yīng)除去表面浮渣，因為表面浮渣易堵塞過濾材料的過濾網(wǎng)孔，使過濾不能正常進行，除去鋁液表面浮渣的最簡單方法是在流槽中設(shè)置一擋渣板，使鋁液在過濾前除去浮渣。
五．6063鋁合金的均化處理
1．非平衡結(jié)晶
如圖三所示，是由A、B兩種元素構(gòu)成的二元相圖的一部分，成份為F的合金凝固結(jié)晶，當溫度下降到T1時，固相平衡成份應(yīng)為G，實際成份為G’，這是因為在鑄造生產(chǎn)中，冷卻凝固速度快，合金元素的擴散速度小于結(jié)晶速度，即固相成份不是按CD變化，而是按CD’變化，從而產(chǎn)生了晶粒內(nèi)化學成份的不平衡現(xiàn)象，造成了非平衡結(jié)晶。
2．非平衡結(jié)晶產(chǎn)生的問題
鑄造生產(chǎn)出的鋁合金棒其內(nèi)部組織存在兩方面的問題：①晶粒間存在鑄造應(yīng)力；②非平衡結(jié)晶引起的晶粒內(nèi)化學成份的不平衡。由于這兩個問題的存在，會使擠壓變得困難，同時，擠壓出的產(chǎn)品在機械性能、表面處理性能方面都有所下降。因此，鋁棒在擠壓前必須進行均勻化處理，消除鑄造應(yīng)力和晶粒內(nèi)化學成份不平衡。
3．均勻化處理
均勻化處理就是鋁棒在高溫(低于過燒溫度)下通過保溫，消除鑄造應(yīng)力和晶粒內(nèi)化學成份不平衡的熱處理。Al-Mg-Si系列的合金過燒溫度應(yīng)該是595℃，但由于雜質(zhì)元素的存在，實際的6063鋁合金不是三元系，而是一個多元系，因此，實際的過燒溫度要比595℃低一些，6063鋁合金的均勻化溫度可選在530-550℃之間，溫度高，可縮短保溫時間，節(jié)約能源，提高爐子的生產(chǎn)率。
4．晶粒大小對均勻化處理的影響
由于固體原子之間的結(jié)合力很大，均勻化處理是在高溫下合金元素從晶界(或邊沿)擴散到晶內(nèi)的過程，這個過程是很慢的。容易理解，粗大晶粒的均化時間要比細晶粒的均勻化時間長得多，因而晶粒越細，均勻化時間就越短。
5．均勻化處理的節(jié)能措施
均勻化處理需要在高溫下通過較長時間保溫，對能源需求大，處理成本高，因此，目前絕大多數(shù)型材廠對鋁棒未進行均勻化處理。其最重要的原因就是均勻化處理需要較高成本所致。降低均勻化處理成本的主要措施有：
①細化晶粒
細化晶�？捎行У目s短保溫時間，晶粒越細越好。
②加長鋁棒加熱爐，按均勻化和擠壓溫度分段控制，滿足不同工藝要求。這一工藝主要好處是：
a)不增加均勻化處理爐。
b)充分利用鋁捧均勻化后的熱能，避免擠壓時再次加熱鋁棒。
c)鋁捧加熱保溫時間長，內(nèi)外溫度均勻，有利于擠壓和隨后的熱處理。
綜上所述，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)6063鋁合金鑄棒，首先是根據(jù)生產(chǎn)的型材選擇合理的成分，其次是嚴格控制熔煉溫度、澆鑄溫度，做好晶粒細化處理、合金液的精煉、過濾等工藝措施，細心操作，避免氧化膜的破裂與卷入。最后，對鋁棒進行均勻化處理，這樣就可生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鋁棒，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)型材提供一個可靠的物質(zhì)基礎(chǔ)。
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需要大型設(shè)備,不是一般人能涉足的. - 回答時間：2008-03-12
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