6063-T5建筑鋁型材必須具備一定的力學性能，當其他條件相同時，其抗拉強度和屈服強度隨含量的增加而提高。6063合金的強化相主要是Mg2Si相。那么Mg、Si、Mg2Si的含量應該是多少呢？Mg2Si相是由2個鎂原子和1個硅原子組成的，鎂的相對原子質(zhì)量為24.31，硅的相對原子質(zhì)量為28.09，因此，在Mg2Si化合物中，鎂和硅的質(zhì)量比為1.73:1。

因此根據(jù)上述分析結果可知，若鎂硅含量比大于1.73，則表明合金中除形成Mg2Si相外，還存在過剩的鎂；反之，若鎂硅含量比小于1.73，則表明合金中除形成Mg2Si相外，還存在殘留的硅。

過量的鎂對合金的力學性能是有害的，鎂一般控制在0.5%左右，Mg2Si總量控制在0.79%。硅過量0.01%時，合金的力學性能σb約為，已大大超過國家標準性能，而硅過量由0.01%提高到0.13%，σb可提高到，即提高了14.6%。要形成一定量的Mg2Si，首先要考慮Fe、Mn等雜質(zhì)含量引起的硅損失，即要保證一定的過量硅。為使6063合金中的鎂與硅充分匹配，實際配料時必須有意識地使Mg：Si<1.73。鎂過量不僅削弱了強化作用，而且增加了產(chǎn)品成本。

因此6063合金成分一般控制為：Mg：0.45%-0.65%；Si：0.35%-0.50%；Mg：Si=1.25-1.30；雜質(zhì)Fe控制在<0.10%-0.25%；Mn<0.10%。

2、優(yōu)化鋼錠均勻化退火工藝

在民用擠壓型材生產(chǎn)中，6063合金的高溫均勻化退火規(guī)范為：560±20℃，保溫4-6h，冷卻方式為出爐后強迫風冷或噴水快速冷卻。

合金進行均勻化處理可以提高擠壓速度，與未進行均勻化的鑄錠相比，可降低擠壓力約6%-10%。均勻化后的冷卻速度對組織的析出行為有重要影響。對于均勻化后快速冷卻的鑄錠，Mg2Si幾乎可以完全溶解在基體中，過剩的Si也會溶解或以彌散析出的細小顆粒形式存在。這樣的鑄錠可以在較低的溫度下快速擠壓，并獲得良好的力學性能和表面光亮度。

在鋁擠壓生產(chǎn)中，用燃油或燃氣加熱爐代替電阻加熱爐，可以取得明顯的節(jié)能降耗效果。合理選擇爐型、燃燒器及空氣循環(huán)方式，可以使爐子獲得均勻、穩(wěn)定的加熱性能，達到穩(wěn)定工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

經(jīng)過幾年的運行和不斷改進，燃燒式鑄錠加熱爐已投放市場，燃燒效率達40%以上。鑄錠裝入爐后，迅速加熱到570℃以上6063鋁棒，保溫一段時間后，在出料區(qū)冷卻到接近擠壓溫度時進行擠壓。鑄錠在加熱爐內(nèi)經(jīng)過半均勻化過程，此過程稱為半均勻化處理，基本滿足6063合金熱擠壓工藝的要求，從而省去了單獨的均勻化工序，可大大節(jié)省設備投資和能耗，是一種值得推廣的工藝。

3.優(yōu)化擠壓和熱處理工藝

3.1 鑄錠加熱

對于擠壓生產(chǎn)來說，擠壓溫度是最基本、最關鍵的工藝因素，擠壓溫度對產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、模具壽命、能耗等都有很大的影響。

擠壓中最重要的問題是金屬溫度的控制，從鑄錠的加熱到擠壓型材的淬火，都要保證可溶相組織不從固溶體中析出或以細小顆粒的形式析出。

6063合金錠的加熱溫度一般設定在Mg2Si析出的溫度范圍內(nèi)，加熱時間對Mg2Si的析出有重要的影響，快速加熱可以大大減少可能的析出時間，一般來說，6063合金錠的加熱溫度可設定為：

未均勻化錠：460-520℃；均勻化錠：430-480℃。

操作時根據(jù)不同產(chǎn)品、單位壓力調(diào)整擠壓溫度。擠壓過程中，錠材在變形區(qū)的溫度是變化的，隨著擠壓過程的完成，變形區(qū)溫度逐漸升高，且隨擠壓速度的增加而升高。因此，為防止擠壓裂紋的產(chǎn)生，應隨著擠壓過程的進行和變形區(qū)溫度的升高，逐漸降低擠壓速度。

3.2 擠出速度

擠壓過程中必須嚴格控制擠壓速度，擠壓速度對變形熱效應、變形均勻性、再結晶與固溶過程、制品力學性能及制品表面質(zhì)量都有重要的影響。

擠壓速度過快，制品表面會出現(xiàn)點蝕、裂紋等現(xiàn)象。同時，擠壓速度增大了金屬變形的不均勻性。擠壓時的流出速度取決于合金種類和型材的幾何形狀、尺寸及表面狀況。

6063合金型材擠壓速度（金屬流出速度）可選擇為20～100m/min。

隨著現(xiàn)代技術的進步，擠壓速度已能用程序或模擬程序控制，還發(fā)展了等溫擠壓工藝、CADEX等新技術。通過自動調(diào)節(jié)擠壓速度，使變形區(qū)溫度保持在一定的恒定范圍內(nèi)，達到快速擠壓而不開裂的目的。

為了提高生產(chǎn)效率，工藝上可采取許多措施。當采用感應加熱時，沿錠長方向有40-60℃的溫度梯度（梯度加熱），擠壓時高溫端面向擠壓模具，低溫端面向擠壓墊，以平衡部分變形熱。還有水冷模具擠壓，即用水強制冷卻模具后端。實驗表明，可提高擠壓速度30%-50%。

近年來，國外已開始采用氮氣或液氮來冷卻模具（擠壓模），以提高擠壓速度，提高模具壽命，改善型材表面質(zhì)量。在擠壓過程中，將氮氣通入擠壓模出口并釋放，可使冷卻后的制品迅速收縮，冷卻擠壓模及變形區(qū)金屬，帶走變形熱。同時模具出口采用氮氣控制氣氛，減少了鋁的氧化，減少了氧化鋁的粘附和堆積，所以氮氣冷卻提高了制品表面質(zhì)量，并可大大提高擠壓速度。CADEX是近來發(fā)展起來的一種新型擠壓工藝，擠壓過程中的擠壓溫度、擠壓速度、擠壓力組成閉環(huán)系統(tǒng)，在保證性能最佳的情況下，最大限度提高擠壓速度和生產(chǎn)效率。

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3.3 在機淬火

6063-T5淬火的目的是為了在離開�？缀笱杆倮鋮s至室溫，保留高溫下溶解在基體金屬中的Mg2Si。冷卻速度往往與強化相含量成正比。6063合金能強化的最小冷卻速度為38℃/min，因此適合于風冷淬火。改變風扇和風扇轉(zhuǎn)速可以改變冷卻強度，使產(chǎn)品在拉伸矯直前的溫度降至60℃以下。

3.4 張力矯直

型材出�？缀�，一般采用牽引機牽引，牽引機工作時對擠出制品給予一定的牽引張力，并與制品流出速度同步移動。采用牽引機的目的是為了減少多線擠出時的長短不均、拖尾現(xiàn)象，也可防止型材出�？缀螽a(chǎn)生扭曲、彎曲，給張力矯直帶來麻煩。

除了消除產(chǎn)品縱向形狀的不規(guī)則性之外，張力矯直還可以減少殘余應力，提高強度性能并保持良好的表面。

3.5 人工老化

時效處理要求溫度均勻，溫差不大于±3-5℃。6063合金人工時效溫度一般為200℃，時效保溫時間為1-2小時。為了提高力學性能，也有采用180-190℃時效3-4小時的，但此時生產(chǎn)效率會降低。

3.6 鑄錠長度優(yōu)化計算

鑄錠長度計算方法有體積法和質(zhì)量法兩種，通過建立數(shù)學關系，很容易選取最佳鑄錠規(guī)格，大大提高型材的幾何成品率。

（1）容量法

電壓源=電壓1+電壓n

AoLo=A1·L1+A·Ln

Lo/Ko=L1/λ+Ln

Lo = (L1/λ + Ln) K

式中：Vo——鑄錠體積（mm3）；

V1——型材體積（mm3）；

Vn——壓力殘余體積（mm3）；

Ao——鑄錠面積（mm2）；

Lo——鑄錠長度（mm）；

A1——型材截面積（mm2）；

L1——型材長度（mm）；

A——擠壓筒面積（mm2）；

Ln——壓力過剩長度（mm）；

K=A/Ao填充系數(shù)；

λ=A/A1擠壓系數(shù)。

根據(jù)體積不變原理，經(jīng)過簡化，可以整理成公式（1），K、Ln可視為常數(shù)，只需取λ，確定Lmax，便可輕松算出Lo，也就是硅錠長度。

（2）質(zhì)量方法

摩根=摩根1+摩根n

ρLoLo=L1·ρL1+mn

Lo = (L1·ρL1+mn)·PLo

式中：Lo為鑄錠長度；

L1型材擠出長度(m)；

ρL1型材線密度(Kg/m)；

mn剩余重量(Kg)；

鉬錠重量 (kg)

m1擠壓型材重量（kg）

ρLo鑄錠線密度(Kg/m)；

（2）式可進一步修正，即：L1=n·Lding+L12

Lo = [·L固定+L12)·ρL1+mn]·ρLo-1

式中：n為固定長度個數(shù)；

L為尺寸長度（m）；

L12 切割長度（米）。

公式（3）可以直觀方便地計算出，實際工作中，ρL1隨著型材壁厚的不斷變化而增大。為方便上道工序的錠材供應，大型設備錠材長度可設定為30mm為一個等級，小型設備錠材長度可設定為20mm為一個等級。我們可根據(jù)公式（3）制定ρL1、Lo、n、L1的對照表。民用建筑型材一般供應長度為6m。此對照表非常方便工藝技術人員和計劃人員使用。

公式（3）可簡化為：

洛=KnL1+C

Kn是與n相關的系數(shù)；

C是與模型相關的常數(shù)；

ρL1是Lo的函數(shù)，可以對其進行編程并輸入計算機，以更準確地計算Lo。

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3.7 提高擠壓成品率的措施

影響擠壓型材成品率的因素很多，我們可以計算一下幾何廢品。擠壓生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢品一般分為幾何廢品和技術廢品。幾何廢品是在生產(chǎn)過程中只與產(chǎn)品生產(chǎn)過程有關的廢品，余料、切頭、切尾等都屬于幾何廢品。技術廢品是在生產(chǎn)過程中，由于沒有正確執(zhí)行工藝操作規(guī)程，而由人為因素造成的廢品（包括試模廢品、鑄造缺陷造成的廢品等）。技術廢品是可以避免和減少的，幾何廢品是不可避免的，但可以通過優(yōu)化擠壓工藝、準確計算錠長來減少。

擠壓生產(chǎn)中幾何廢料的尺寸可以用下面的公式來表示：

N=Nn+N12

廢料數(shù)量（%）

Nn 殘留廢棄物 (%)

N12切削廢料(%)

Hn=K/Lo·Ln

N12=K/Lo·L12/λ

N=K/Lo·(Ln+L12/λ)

N=K/Lo·(Ln+L12/λ)

K填充系數(shù)；

Lo錠長度（mm）；

Ln：余長（mm，隨擠壓筒直徑變化而變化）；

L12切割頭和尾（mm，因產(chǎn)品規(guī)格不同而不同）；

λ 擠壓系數(shù)。

從公式（6）可以明顯看出，錠長Lo越長，擠壓系數(shù)越大，幾何廢料N越小，即幾何成品率越高。其中錠長影響較大。但Lo和λ不能無限增大，因為它們受到擠壓機能力、擠壓長度等因素的限制。

4 總結

綜上所述，提高擠壓型材成品率的主要途徑有：

（1）制定科學合理的生產(chǎn)工藝（優(yōu)化工藝）；

（2）提高員工技術理論水平，不斷總結生產(chǎn)經(jīng)驗；

（3）先進合理的模具設計，加強模具管理，提高一次合格率；

（4）優(yōu)化6063合金化學成分，提高鑄錠質(zhì)量并進行均勻化或半均勻化處理；

（5）采用先進技術，如長錠爐熱剪切技術和CADEX等新技術。