CN103774009A - 一种用于超薄6063铝合金挤压型材的铸锭合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超薄6063铝合金挤压型材的铸锭合金，包括以下重量百分比的组分：Si:0.36%，Mg:0.52%，Fe:≤0.15%，Cu:≤0.03%，余量为铝和不可避免的杂质。这种优选后的铸锭合金成分与含量，一方面满足了6063铝合金国家标准，另一方面在保证生产效率的基础上满足对超薄型材包括强度要求的综合性能。

Description

一种用于超薄6063铝合金挤压型材的铸锭合金

技术领域

本发明涉及铝合金材料领域，尤其涉及一种用于超薄6063铝合金挤压型材的铸锭合金。

背景技术

6063铝合金广泛用于建筑铝门窗、幕墙的框架，为了保证门窗、幕墙具有高的抗风压性能、装配性能、耐蚀性能和装饰性能，对铝合金型材综合性能的要求远远高于工业型材标准。在国家标准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。因此，优选6063铝合金的化学成分成为生产优质铝合金建筑型材的最重要的一环。

具体地，该国家标准（GBT3190-1996)中的成分重量比组成为：Si:0.2—0.6%，Mg:0.45—0.9%，Fe:≤0.35%，Cu：≤0.15%，余量为Al和不可避免的杂质。此标准范围较广，在实际生产用于超薄6063铝合金挤压型材的铸锭合金过程中，往往是，其成分符合标准，但其又不一定符合对超薄型材包括强度要求的综合性能，因此其生产效率就变得较低。超薄型材的挤压生产必须在此范围内找到一个最合适的点。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种既能快速符合国家标准提高生产效率，又能满足超薄型材的强度要求的用于超薄6063铝合金挤压型材的铸锭合金。

本发明的用于超薄6063铝合金挤压型材的铸锭合金，包括以下重量百分比的组分：

Si:0.36%

Mg:0.52%

Fe:≤0.15%

Cu:≤0.03%

余量为Al和不可避免的杂质。

对于此点，发明人是经过了创造性的劳动进行寻找：

1、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，优选化学成分的首要工作是确定Mg和Si的百分含量(重量比，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而塑性降低，耐蚀性变坏。

2Mg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’’弥散相状态的时侯，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，该合金的最高可达到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。发明人根据大量实验，认为过剩Si量选择在0.11%～0.12%范围内是比较好的。合金中Si含量应是：Si%=(Si基+Si过)%

3合金元素控制范围的确定

3.1Mg的控制范围

Mg是易燃金属，熔炼操作时会有烧损。在确定Mg的控制范围时要考虑烧损所带来的误差，但不能放得太宽，以免合金性能失控。发明人根据大量实验，在用于超薄6063铝合金挤压型材的铸锭合金上，将Mg的用量控制在0.52%这个点上。

3.2Si的控制范围

当Mg的范围确定后，Si的控制范围可用Mg/Si比来确定。发明人经过大量的实验，认为Mg/Si（两者含量比）应控制在1.38～1.52之间。因此，在此基础上，在用于超薄6063铝合金挤压型材的铸锭合金上，进一步选择Si的含量为0.36%，Mg/Si为1.444。

3.3Fe的控制范围

在6063铝合金型材中控制Mg/Si为1.444，已完全能够满足力学性能的要求。在正常挤压系数(大于或等于30)的情况下，型材的抗拉强度都处在200～240MPa范围内。而这样控制合金，不仅材料塑性好，易于挤压，耐蚀性高和表面处理性能好，而且可节约合金元素。但是还应特别注意对Fe进行严格控制。若Fe含量过高，会使挤压力增大，挤压材表面质量变差，阳极氧化色差增大，颜色灰暗而无光泽，Fe还降低合金的塑性和耐蚀性。因此，控制Fe：≤0.15%是比较理想的。

3.4Cu的控制范围

随着合金元素Cu的加入,材料的导热性能呈下降趋势,缓慢冷却对导热性能具有改善作用;Cu元素对合金的腐蚀性能较为敏感,它能显著降低合金材料的耐腐蚀性能,固溶热处理使材料的腐蚀性能进一步恶化;适量Cu元素有助于铸态组织细化及材料强度提高。综合上述考虑，经过大量实验测试，控制Cu:≤0.03%，是比较理想的。

因此，在上述创造性的劳动之后，找到了适合超薄型材的最佳6063铝合金成分为Si:0.36%，Mg:0.52%，Fe:≤0.15%，Cu:≤0.03%，余量为铝和不可避免的杂质。这样，一方面满足了6063铝合金国家标准，另一方面在保证生产效率的基础上满足对超薄型材包括强度要求的综合性能。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。

另外，除非特别说明，下面组分所用的百分比均为重量百分比。

实施例1：

一种用于超薄6063铝合金挤压型材的铸锭合金，包括以下组分：

Si:0.36%

Mg:0.52%

Fe:≤0.15%

Cu:≤0.03%

余量为Al和不可避免的杂质。

将该铸锭合金生产的超薄6063铝合金挤压型材进行性能测试，包括：抗拉强度、热塑性和耐蚀性。测试结果见表1。

对比例1：

一种用于超薄6063铝合金挤压型材的铸锭合金，包括以下组分：

Si:0.35%

Mg:0.52%

Fe:≤0.15%

Cu:≤0.03%

余量为Al和不可避免的杂质。

将该铸锭合金生产的超薄6063铝合金挤压型材进行性能测试，包括：抗拉强度、热塑性和耐蚀性。测试结果见表1。

对比例2：

一种用于超薄6063铝合金挤压型材的铸锭合金，包括以下组分：

Si:0.37%

Mg:0.52%

Fe:≤0.15%

Cu:≤0.03%

余量为Al和不可避免的杂质。

将该铸锭合金生产的超薄6063铝合金挤压型材进行性能测试，包括：抗拉强度、热塑性和耐蚀性。测试结果见表1。

对比例3：

一种用于超薄6063铝合金挤压型材的铸锭合金，包括以下组分：

Si:0.36%

Mg:0.51%

Fe:≤0.15%

Cu:≤0.03%

余量为Al和不可避免的杂质。

将该铸锭合金生产的超薄6063铝合金挤压型材进行性能测试，包括：抗拉强度、热塑性和耐蚀性。测试结果见表1。

对比例4：

一种用于超薄6063铝合金挤压型材的铸锭合金，包括以下组分：

Si:0.36%

Mg:0.53%

Fe:≤0.15%

Cu:≤0.03%

余量为Al和不可避免的杂质。

将该铸锭合金生产的超薄6063铝合金挤压型材进行性能测试，包括：抗拉强度、热塑性和耐蚀性。测试结果见表1。

对比例5：

一种用于超薄6063铝合金挤压型材的铸锭合金，包括以下组分：

Si:0.36%

Mg:0.52%

0.15%＜Fe:≤0.35%

Cu:≤0.03%

余量为Al和不可避免的杂质。

将该铸锭合金生产的超薄6063铝合金挤压型材进行性能测试，包括：抗拉强度、热塑性和耐蚀性。测试结果见表1。

对比例6：

一种用于超薄6063铝合金挤压型材的铸锭合金，包括以下组分：

Si:0.36%

Mg:0.52%

Fe:≤0.15%

0.03%＜Cu:≤0.15%

余量为Al和不可避免的杂质。

将该铸锭合金生产的超薄6063铝合金挤压型材进行性能测试，包括：抗拉强度、热塑性和耐蚀性。测试结果见表1。

表1

其中，抗拉强度、腐蚀性的测试方法可以参考期刊《材料热处理技术》2009年11月出版公开的《微量Cu对6063铝合金组织性能的影响》，热塑性的测试方法可以参考期刊《材料科学进展》第4卷第3期1990年6月出版公开的《稀土对6063铝合金热塑性的影响》。

应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于超薄6063铝合金挤压型材的铸锭合金，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：

Si:0.36%

Mg:0.52%

Fe:≤0.15%

Cu:≤0.03%

余量为Al和不可避免的杂质。