铝型材挤压生产、时效时确保力学性能的因素

1 前言

在铝合金型材挤压车间生产6063合金的过程中，经常会出现因铝型材力学性能低而造成报废回炉现象。这不但提高了生产成本，同时还可能因漏检为用户带来很大损失，甚至引发工程事故等问题。为此对挤压、时效生产管理中几个比较相关的问题简述如下。

2 影响因素

2.1 挤压过程影响因素

2.1.1 铝棒加热

为使铝棒在挤压时的强化相Mg₂Si得到充分的固溶，一般6063铝合金棒在挤压前的温度应保持在460~510℃。具体应考虑不同的状态和模具类型，对其加热温度有所区别，相应参考温度如下表1所示。使用长棒热剪炉时，为保证棒温，剪棒速度不宜太快，具体以保证挤压机不用等棒挤压即可。棒温的控制这一点在实际生产中较容易被操作人员忽视，我们应从源头控制造成型材硬度不够的因素，避免造成不必要的浪费。

表 1

2.1.2 铝型材的淬火

6063铝合金型材的淬火过程一般采用风冷淬火。为确保铝型材形成过饱和固溶体和空位，在时效后达到标准规定的力学性能，冷却速度应足够大。具体要求是，铝型材在经过出料口冷却区及储料台冷却区冷却后，温度应降到50℃以下。对于壁厚大于5.0mm的铝型材，风冷设备如果达不到要求，需要在铝型材出料口冷却区对铝型材增加水雾喷射，加快铝型材的冷却速度。

2.1.3 铝 型材的装框

同一框铝型材时效过程中，各点温度差应不超过5℃。因此，在时效前的铝型材装框过程中，铝型材在物料框内应保证间距，防止铝型材互扣形式装框，确保时效过程中的通风效果。这样做的目的可以减少时效工序的加温时间，节省能源，同时保证同一框铝型材硬度的一致性。

2.2 人工时效过程中影响因素

2.2.1 时效工艺参数的设置

型材时效工艺参数的设置对型材力学性能的影响极为重要。时效工艺主要包括保温温度及保温时间。在保温温度达到最佳时，还要有一个最佳保温时间。时效温度过高和过低及保温时间过长或过短，都将使时效组织出现过时效或欠时效现象，使铝合金的力学性能满足不了国家标准。因此一般铝型材厂都是根据自己的实践经验，制定出各自的操作性强的生产工艺参数与相关的制度。

某铝型材厂为提高生产效率，节约能源，制定出6063合金、壁厚≤2.5mm铝型材的时效工艺参数如下表2所示：

表 2 时效工艺参数表

在此工艺条件下时效出来的铝型材，力学性能符合国家标准要求。

2.2.2 厚壁铝型材的时效

壁厚≥2.5mm的铝型材时效与薄壁铝型材时效，炉内温度变化如下图1所示：

图 1厚、薄壁铝型材时效炉内温度变化曲线对比

由图1可知，厚壁铝型材到达保温温度的时间比薄壁铝型材的要迟25~30分钟。所以在实际生产中，壁厚≥2.5mm的铝型材时效时，保温时间需要延长25~30分钟。

2.2.3 时效设备的影响

制定出好的工艺参数的同时，还要有一套控温准确，保温性能好的设备来做保证。因此，设备是否以良好的状态运行，是保证时效后铝型材合格与否的关键因素之一。时效过程中最经常出现的设备故障及造成影响如下表2所示：

表 2

为防止因设备故障而生产不合格品，时效工在责任炉的时效过程中，须定时检查设备运转情况；维修工要定期对时效炉炉况进行检查，发现隐患及时处理；技术员定点、定时检测温控系统的准确性，以保证时效炉处于正常工作状态。

3 结语

针对6063合金在生产过程中铝型材力学性能达不到要求的现象，现通过对生产实践过程进行分析总结，得出在挤压、时效过程中影响铝型材力学性能的几个关键因素。在铝型材挤压、时效过程中，影响型材硬度的因素很多。在实际生产中，如果出现时效后硬度不够的问题，应经过分析抓住主要因素，并结合企业生产实际，制定出最适宜的工艺参数和工艺条件，同时一定要严格执行工艺纪律，以杜绝硬度不够铝型材的出现。

经淬火自然时效后的铝合金（如铝－铜）重新加热到200～250℃，然后快冷到室温，则合金强度下降，重新变软，性能恢复到刚淬火状态；如在室温下放置，则与新淬火合金一样，仍能进行正常的自然时效，这种现象称为回归现象。在理论上回归处理不受处理次数的限制，但实际上，回归处理时很难使析出相完全重溶，造成以后时效过程中析出相呈局部析出，使时效强化效果逐次减弱。同时在反复加热过程中，固溶体晶粒有越来越大的趋势，这对性能不利。因此回归处理仅用于修理飞机用的铆钉合金，即可利用这一现象，随时进行铆接，而对其它铝合金很少有使用价值。 时效是提高可热处理强化铝合金力学性能的重要手段，只有摸清了时效强化的规律及其对于不同合金组织与性能的影响，我们才能利用这一工艺来提高铝合金的综合性能，以获得预期的效果。