6063-T5建筑鋁型材必須具備一定的力學(xué)性能，當(dāng)其他條件相同時(shí)，其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨含量的增加而提高。6063合金的強(qiáng)化相主要是Mg2Si相。那么Mg、Si、Mg2Si的含量應(yīng)該是多少呢？Mg2Si相是由2個(gè)鎂原子和1個(gè)硅原子組成的，鎂的相對(duì)原子質(zhì)量為24.31，硅的相對(duì)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(jié)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(guò)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(guò)量的鎂對(duì)合金的力學(xué)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(guò)量0.01%時(shí)，合金的力學(xué)性能σb約為，已大大超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)性能，而硅過(guò)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(guò)量硅。為使6063合金中的鎂與硅充分匹配，實(shí)際配料時(shí)必須有意識(shí)地使Mg：Si<1.73。鎂過(guò)量不僅削弱了強(qiáng)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(qiáng)迫風(fēng)冷或噴水快速冷卻。

合金進(jìn)行均勻化處理可以提高擠壓速度，與未進(jìn)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(duì)組織的析出行為有重要影響。對(duì)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(guò)剩的Si也會(huì)溶解或以彌散析出的細(xì)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(xué)性能和表面光亮度。

在鋁擠壓生產(chǎn)中，用燃油或燃?xì)饧訜釥t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?fàn)t子獲得均勻、穩(wěn)定的加熱性能，達(dá)到穩(wěn)定工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行和不斷改進(jìn)，燃燒式鑄錠加熱爐已投放市場(chǎng)，燃燒效率達(dá)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(shí)間后，在出料區(qū)冷卻到接近擠壓溫度時(shí)進(jìn)行擠壓。鑄錠在加熱爐內(nèi)經(jīng)過(guò)半均勻化過(guò)程，此過(guò)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(dú)的均勻化工序，可大大節(jié)省設(shè)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(duì)于擠壓生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，擠壓溫度是最基本、最關(guān)鍵的工藝因素，擠壓溫度對(duì)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(wèn)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(xì)小顆粒的形式析出。

6063合金錠的加熱溫度一般設(shè)定在Mg2Si析出的溫度范圍內(nèi)，加熱時(shí)間對(duì)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(shí)間，一般來(lái)說(shuō)，6063合金錠的加熱溫度可設(shè)定為：

未均勻化錠：460-520℃；均勻化錠：430-480℃。

操作時(shí)根據(jù)不同產(chǎn)品、單位壓力調(diào)整擠壓溫度。擠壓過(guò)程中，錠材在變形區(qū)的溫度是變化的，隨著擠壓過(guò)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(yīng)隨著擠壓過(guò)程的進(jìn)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(guò)程中必須嚴(yán)格控制擠壓速度，擠壓速度對(duì)變形熱效應(yīng)、變形均勻性、再結(jié)晶與固溶過(guò)程、制品力學(xué)性能及制品表面質(zhì)量都有重要的影響。

擠壓速度過(guò)快，制品表面會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)蝕、裂紋等現(xiàn)象。同時(shí)，擠壓速度增大了金屬變形的不均勻性。擠壓時(shí)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(shù)的進(jìn)步，擠壓速度已能用程序或模擬程序控制，還發(fā)展了等溫?cái)D壓工藝、CADEX等新技術(shù)。通過(guò)自動(dòng)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(dá)到快速擠壓而不開(kāi)裂的目的。

為了提高生產(chǎn)效率，工藝上可采取許多措施。當(dāng)采用感應(yīng)加熱時(shí)，沿錠長(zhǎng)方向有40-60℃的溫度梯度（梯度加熱），擠壓時(shí)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(qiáng)制冷卻模具后端。實(shí)驗(yàn)表明，可提高擠壓速度30%-50%。

近年來(lái)，國(guó)外已開(kāi)始采用氮?dú)饣蛞旱獊?lái)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(guò)程中，將氮?dú)馔ㄈ霐D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(shí)模具出口采用氮?dú)饪刂茪夥�，減少了鋁的氧化，減少了氧化鋁的粘附和堆積，所以氮?dú)饫鋮s提高了制品表面質(zhì)量，并可大大提高擠壓速度。CADEX是近來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型擠壓工藝，擠壓過(guò)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(jī)淬火

6063-T5淬火的目的是為了在離開(kāi)�？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(qiáng)化相含量成正比。6063合金能強(qiáng)化的最小冷卻速度為38℃/min，因此適合于風(fēng)冷淬火。改變風(fēng)扇和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速可以改變冷卻強(qiáng)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�？缀螅�一般采用牽引機(jī)牽引，牽引機(jī)工作時(shí)對(duì)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(dòng)。采用牽引機(jī)的目的是為了減少多線擠出時(shí)的長(zhǎng)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(lái)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(yīng)力，提高強(qiáng)度性能并保持良好的表面。

3.5 人工老化

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

3.6 鑄錠長(zhǎng)度優(yōu)化計(jì)算

鑄錠長(zhǎng)度計(jì)算方法有體積法和質(zhì)量法兩種，通過(guò)建立數(shù)學(xué)關(guān)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(zhǎng)度（mm）；

A1——型材截面積（mm2）；

L1——型材長(zhǎng)度（mm）；

A——擠壓筒面積（mm2）；

Ln——壓力過(guò)剩長(zhǎng)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?cè)�理，�?jīng)過(guò)簡(jiǎn)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(zhǎng)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(zhǎng)度；

L1型材擠出長(zhǎng)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(jìn)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(zhǎng)度個(gè)數(shù)；

L為尺寸長(zhǎng)度（m）；

L12 切割長(zhǎng)度（米）。

公式（3）可以直觀方便地計(jì)算出，實(shí)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(yīng)，大型設(shè)備錠材長(zhǎng)度可設(shè)定為30mm為一個(gè)等級(jí)，小型設(shè)備錠材長(zhǎng)度可設(shè)定為20mm為一個(gè)等級(jí)。我們可根據(jù)公式（3）制定ρL1、Lo、n、L1的對(duì)照表。民用建筑型材一般供應(yīng)長(zhǎng)度為6m。此對(duì)照表非常方便工藝技術(shù)人員和計(jì)劃人員使用。

公式（3）可簡(jiǎn)化為：

洛=KnL1+C

Kn是與n相關(guān)的系數(shù)；

C是與模型相關(guān)的常數(shù)；

ρL1是Lo的函數(shù)，可以對(duì)其進(jìn)行編程并輸入計(jì)算機(jī)，以更準(zhǔn)確地計(jì)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(jì)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(shù)廢品。幾何廢品是在生產(chǎn)過(guò)程中只與產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程有關(guān)的廢品，余料、切頭、切尾等都屬于幾何廢品。技術(shù)廢品是在生產(chǎn)過(guò)程中，由于沒(méi)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(shù)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(guò)優(yōu)化擠壓工藝、準(zhǔn)確計(jì)算錠長(zhǎng)來(lái)減少。

擠壓生產(chǎn)中幾何廢料的尺寸可以用下面的公式來(lái)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(zhǎng)度（mm）；

Ln：余長(zhǎng)（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(zhǎng)Lo越長(zhǎng)，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(zhǎng)影響較大。但Lo和λ不能無(wú)限增大，因?yàn)樗鼈兪艿綌D壓機(jī)能力、擠壓長(zhǎng)度等因素的限制。

4 總結(jié)

綜上所述，提高擠壓型材成品率的主要途徑有：

（1）制定科學(xué)合理的生產(chǎn)工藝（優(yōu)化工藝）；

（2）提高員工技術(shù)理論水平，不斷總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)；

（3）先進(jìn)合理的模具設(shè)計(jì)，加強(qiáng)模具管理，提高一次合格率；

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

（5）采用先進(jìn)技術(shù)，如長(zhǎng)錠爐熱剪切技術(shù)和CADEX等新技術(shù)。