在擠壓鋁型材表面諸多缺陷中，條紋缺陷是一種常見病，多發(fā)病。由于條紋缺陷種類繁多，產(chǎn)生的原因各異，形成的機(jī)理也較復(fù)雜，解決這種缺陷也是鋁型材生產(chǎn)中的一個技術(shù)難點(diǎn)。另外，在GB5237鋁合金建筑鋁型材國家標(biāo)準(zhǔn)中沒有對條紋缺陷作出明確的規(guī)定，顧客和生產(chǎn)企業(yè)也因此容易產(chǎn)生糾紛。但是，在以買方為市場的商品經(jīng)濟(jì)的今天，讓顧客滿意是不容質(zhì)疑的真理。因此，生產(chǎn)廠家應(yīng)千方百計(jì)生產(chǎn)讓顧客滿意的鋁型材，才能在激烈的竟?fàn)幹猩婧桶l(fā)展。下面簡單介紹一下6063鋁合金鋁型材組織條紋缺陷的攻關(guān)小結(jié)。此處所講組織條紋是指固體金屬焊合良好，但由于其組織發(fā)生變化，而在氧化處理后呈現(xiàn)出來的條紋缺陷。

1 6063鋁合金鋁型材組織條紋缺陷的攻關(guān)立項(xiàng)

公司請來一位專家，“為了提高生產(chǎn)效率”，下令將鑄棒溫度提高到530℃，實(shí)施高溫快速擠壓，檢測鋁型材出口溫度為570℃。當(dāng)時，幕墻生產(chǎn)任務(wù)很多，霎時之間氧化料架上擺滿了有黑色條紋缺陷的鋁型材。組織條紋多產(chǎn)生在模橋底下或“T”型或壁厚急驟變化的位置的鋁型材表面上，其寬度要比焊縫寬，其寬度越寬，顏色越深，其程度即越嚴(yán)重；氧化白料，有時從一個方向看是白條，而從另一方向看是黑條，著色料在鋁型材表面呈現(xiàn)淺色條紋。專家說是氧化沒把鋁型材上的“臟東西”腐蝕掉，形成黑色條紋，責(zé)令氧化返工，加重腐蝕。返工出來后，黑色條紋比原來的還嚴(yán)重；專家又說是熔鑄鑄棒質(zhì)量不好，帶進(jìn)“臟東西”造成鋁型材產(chǎn)生黑色條紋。專家親自監(jiān)督，用100％鋁錠生產(chǎn)二爐精品鑄棒。然而，氧化出來的鋁型材仍然有黑色條紋；專家又說：“擠壓墊間隙太大，盛錠筒氧化皮嚴(yán)重，帶進(jìn)鋁型材產(chǎn)生黑色條紋。”一時間，清缸墊每次將直徑加大0.3㎜，加大了幾次，最后一次，擠壓墊很困難擠進(jìn)盛錠筒，并由于受熱膨脹而把盛錠筒內(nèi)壁劃傷了，但鋁型材仍然出現(xiàn)黑色條紋。致使氧化車間的月廢品一下子從2噸猛增到20幾噸，尤其是155幕墻合同承諾每超過一天交貨期要罰款兩萬元。因此，公司決定由總工程師任組長，成立攻關(guān)組，對6063鋁合金鋁型材組織條紋缺陷立項(xiàng)攻關(guān)。

圖為：無條紋缺陷合格的鋁合金圓管型材





擠壓條紋的形成主要是由于擠壓材料和模具的黏附及摩擦作用,在擠壓過程中工作帶表面不可避免的黏附一定厚度的黏附層,黏附層的主要成份是Al、Fe、Si.黏附層的存在對臍壓條紋產(chǎn)生有著至關(guān)重要的影響.工作帶表面硬度高、抗黏性能好,擠壓條紋越少.垂直槽痕的工作帶表面可以形成薄且均勻的黏附層,型材表面的擠壓條紋少.隨著擠壓的進(jìn)行,模具溫度升高,工作帶硬度下降,抗黏性能降低,型材表面易產(chǎn)生擠壓條紋.液氮冷卻可以有效地抑制型材表面擠壓條紋的產(chǎn)生.氮化模具雖能延緩黏附層的形成,但隨著擠壓的進(jìn)行,氮化膜剝落,促使擠壓條紋的產(chǎn)生.采用激光表面改性處理,對模具工作帶進(jìn)行表面重熔和表面涂敷合金,工作帶硬度和抗黏性能提高,型材表面擠壓條紋少.鑄錠表層的偏析物和粗大的Mg<,2>Si鑄造組織易劃傷模具工作帶,產(chǎn)生擠壓條紋.均勻化處理將粗大的Mg<,2>Si相溶解到固溶體中,隨后冷卻使Mg<,2>Si在固溶體內(nèi)以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)均勻析出,改變鑄錠內(nèi)部組織狀態(tài),減少偏析,型材表面擠壓條紋少.對合金成份和鑄錠對擠壓條紋的形成有一定的影響,但是當(dāng)合金成份和鑄錠質(zhì)量質(zhì)量達(dá)到一定要求時,它們不是擠壓條紋的主要因素.

2 攻關(guān)方案及實(shí)施情況分析

2.1攻關(guān)組群策群立，分析產(chǎn)生鋁合金鋁型材組織條紋缺陷的機(jī)理

攻關(guān)組成員暢所欲言：過去也曾經(jīng)個別出現(xiàn)組織條紋缺陷，但是，重來也沒有像現(xiàn)在這樣嚴(yán)重，因此，產(chǎn)生組織條紋主要原因是高溫快速擠壓：固體金屬在擠壓過程中，與模具摩擦總要產(chǎn)生摩擦熱，有些模橋斜著設(shè)置，其摩擦面積要比其它部分大些，并且模橋兩面受到固體金屬摩擦，急劇升溫，另外，一般模具廠忽視模橋的加工，其表面光度較差，導(dǎo)致與金屬摩擦激烈，所以模橋部位的金屬溫度要高些；T型位置比其他位置金屬流量大，并且該處金屬變形功增加，所以該處金屬溫度也要高些；在鋁型材壁厚急驟變化處，金屬流動速度產(chǎn)生差異，晶界滑移，晶粒破碎都會產(chǎn)生溫度上升，所以此處金屬溫度也要高些；總之，凡是金屬溫度比其他部位高的地方，在同樣冷卻條件下，其冷卻速度要慢一些，尤其是采用高溫快速擠壓，鋁型材溫度急聚提高，當(dāng)其冷卻速度不能滿足T₅狀態(tài)要求時，即冷卻曲線與C曲線（Mg₂Si析出曲線）相交，有部分Mg₂Si就從鋁基體內(nèi)析出，這些Mg₂Si在氧化預(yù)處理腐蝕過程中，又與腐蝕劑優(yōu)先發(fā)生反應(yīng)，造成該處組織異于其他部位，在光的散射下，呈現(xiàn)出白條或黑條。

2.2制定攻關(guān)方案

攻關(guān)組決定必須嚴(yán)格貫徹執(zhí)行質(zhì)量手冊，程序文件所規(guī)定的質(zhì)量管理工作原則，并強(qiáng)調(diào)嚴(yán)肅工藝紀(jì)律，嚴(yán)格按工藝規(guī)程要求操作。攻關(guān)試驗(yàn)是結(jié)合生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行的。攻關(guān)組設(shè)計(jì)《鋁型材組織條紋攻關(guān)記錄》，包括：表頭設(shè)置，生產(chǎn)班組，生產(chǎn)日期，表內(nèi)設(shè)置序號，鋁型材號，模具號，模具溫度，鑄棒溫度，盛錠筒溫度，擠壓初始出料口溫度，擠壓結(jié)束出料口溫度，擠壓速度，鋁型材硬度，表面質(zhì)量等項(xiàng)目。攻關(guān)組成員按崗位分好工，各司其職、各負(fù)其責(zé)，作好記錄。攻關(guān)記錄是按每支鋁型材為單位。記錄標(biāo)識是很重要的，如果把標(biāo)識搞錯了，使得鋁型材質(zhì)量最終結(jié)果與記錄的工藝參數(shù)不對應(yīng)，用這個質(zhì)量結(jié)果去分析工藝參數(shù)的影響，結(jié)果肯定是錯誤的，所以，決定鋁型材端頭都必須打號x-y-z，x為該鋁型材擠壓鑄棒爐號，y為該爐棒的鋁型材順序號，z為該只棒擠出鋁型材的順序號，說起來容易，一個班生產(chǎn)幾百支鋁型材，每一支都要打標(biāo)號，每一支都要做原始記錄，每支鋁型材記錄十幾個數(shù)據(jù)，累積起來有幾千個數(shù)據(jù)，干起來確實(shí)是不容易的。但是，攻關(guān)組14天堅(jiān)持一絲不茍地進(jìn)行記錄，為攻關(guān)分析提供了可靠數(shù)據(jù)。

2.3攻關(guān)情況分析

2.3.1擠壓工藝對鋁合金鋁型材組織條紋缺陷的影響

擠壓鋁型材是高溫程型，我公司規(guī)定：鑄棒加熱溫度為450—500℃，模具加熱溫度為420—470℃，盛錠筒加熱溫度為420—440℃，幕墻鋁型材擠壓速度控制為10—20m/min,鋁型材出口溫度為500—530℃.嚴(yán)格按此工藝進(jìn)行試驗(yàn)，并密切注視擠出鋁型材表面質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問題及時卸模，第一天鋁型材合格率達(dá)到53%，還有20幾%可以讓步接收，旗開得勝。同時也發(fā)現(xiàn)一些問題：

a.盡管嚴(yán)格按上述工藝進(jìn)行試驗(yàn)，連續(xù)生產(chǎn)20幾只鑄棒后，擠壓結(jié)束鋁型材出口溫度仍然達(dá)到570℃（該鋁型材組織條紋缺陷嚴(yán)重而報(bào)廢），這與業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)鋁型材出口溫度為500—530℃規(guī)定相矛盾。由于H13模具的回火溫度為580℃，鋁型材出口溫度如果達(dá)到570℃，模具工作帶溫度有可能達(dá)到580℃，若時間長了，會造成模具工作帶回火。經(jīng)研究決定：將鋁型材出口溫度由500—530℃更改為500—560℃，并決定在擠壓后期，可以采用“涼棒”措施，使鑄棒表面溫度降低，以確保規(guī)定的鋁型材出口溫度。

b.經(jīng)核對實(shí)驗(yàn)記錄發(fā)現(xiàn)：凡是在突然加速或減速擠壓鋁型材處都會產(chǎn)生輕微或嚴(yán)重的組織條紋，因此，保持勻速擠壓對防止產(chǎn)生組織條紋缺陷是十分重要的。

c.鑄棒保溫時間不足，鋁型材也會產(chǎn)生組織條紋。在攻關(guān)后期，鋁型材質(zhì)量已經(jīng)穩(wěn)定了，突然出現(xiàn)一批較嚴(yán)重的組織條紋缺陷。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)：由于模具不合格，將全爐鑄棒退出，重新加入與即將擠壓模具相匹配的鑄棒，加熱不到一小時，就生產(chǎn)了該批鋁型材。

2.3.2鋁型材結(jié)構(gòu)對鋁合金鋁型材組織條紋缺陷的影響

為了共用138幕墻穿芯，設(shè)計(jì)者在138幕墻立柱主裝飾面上增加寬5mm,高17mm的兩個筋條作為155幕墻的主立柱。過去生產(chǎn)時，由于此位置比其他位置金屬流量大，并且該處金屬變形功增加，所以該處金屬溫度其他部分也要高些，而在主裝飾面上產(chǎn)生嚴(yán)重的組織條紋。這次生產(chǎn)前，與設(shè)計(jì)中進(jìn)行溝通，將兩個筋條取消，使主裝飾面上產(chǎn)生的組織條紋消除。

有的鋁型材設(shè)計(jì)者不考慮鋁型材擠壓的工藝性能，在幕墻主立柱、橫梁的螺絲孔處突然加厚，直角連接，使該處金屬流動速度產(chǎn)生差異，晶界滑移，晶粒破碎都會產(chǎn)生溫度上升，而產(chǎn)生組織條紋。經(jīng)與設(shè)計(jì)者進(jìn)行溝通，將直角連接更改為斜坡過度，使該處的組織條紋大大減輕。

2.3.3擠壓模具對鋁合金鋁型材組織條紋缺陷的影響

通過實(shí)驗(yàn)證明：擠壓模具的正確設(shè)計(jì)、精心加工、合理修模、及時氮化是防止組織條紋缺陷的關(guān)鍵措施。

a.擠壓模具正確設(shè)計(jì)，合理布局分流孔，合理確定工作帶的長度，及其長度變化的過渡，模橋滴水形，合理的焊合角，使焊合點(diǎn)落在焊合室平面上，在保證模具芯頭剛度，強(qiáng)度的情況下，加深焊合室的深度或擴(kuò)大焊合室的斷面積，必要時采用“沉橋”，是防止組織條紋缺陷的基礎(chǔ)措施。155幕墻主立柱的模具，由三家企業(yè)提供，其焊合室的深度分別為15mm、16mm、18mm,生產(chǎn)的鋁型材都產(chǎn)生組織條紋，有一家將焊合室的深度提高為25mm，大大減輕了組織條紋的嚴(yán)重程度；

b.模具應(yīng)嚴(yán)格按圖紙要求加工，尤其是注意提高分流孔的表面光度及模橋呈滴水形，改善固體金屬流動狀態(tài)，減少摩擦熱；

c.對于產(chǎn)生組織條紋的模具擠壓時，修模工應(yīng)到現(xiàn)場了解模具出料情況，確定正確修模方案；修模工是手藝人，身懷絕技，親自觀察鋁型材出料瞬間的狀態(tài)要比觀察鋁型材出料料頭來確定修模方案的效果好得多；

d.擠壓模具按規(guī)定及時進(jìn)行氮化，確保固體金屬合理的流動狀態(tài)；130系列幕墻主立柱產(chǎn)生組織條紋嚴(yán)重，形成頭號急件。查該模具卡片（質(zhì)量檔案）后，發(fā)現(xiàn)該模具以前多次上機(jī)，每次質(zhì)量很好，順利按計(jì)劃完成任務(wù)，只是在高溫快速擠壓后，使模具氮化層受損，然后上機(jī)十四次，累積擠壓了四百多支鑄棒，而沒有進(jìn)行氮化。對該模具進(jìn)行氮化后，確保固體金屬合理的流動狀態(tài)，消除了組織條紋缺陷。

2.3.4冷卻速度對鋁合金鋁型材組織條紋缺陷的影響

當(dāng)設(shè)備的冷卻強(qiáng)度不足，其冷卻速度不能滿足鋁型材T₅狀態(tài)要求時，即鋁型材冷卻曲線與C曲線（Mg₂si析出曲線）相交，有部分Mg₂si就從鋁基體內(nèi)析出，這些Mg₂si在氧化預(yù)處理腐蝕過程中，又與腐蝕劑優(yōu)先進(jìn)行反應(yīng)，造成該處組織異于其他部位，在光的散射下，呈現(xiàn)出白條或黑條。我們對幕墻進(jìn)行試生產(chǎn)時，出料臺上下各設(shè)置6臺冷卻風(fēng)機(jī)，鋁型材產(chǎn)生嚴(yán)重的組織條紋，在出料臺上下各增加5臺冷卻風(fēng)機(jī)，增加了冷卻強(qiáng)度，大大減輕了組織條紋的嚴(yán)重程度。

2.3.5合金化學(xué)成分對鋁合金鋁型材組織條紋缺陷的影響

鋁型材出口溫度為500—560℃。在500℃時，6063鋁合金中Mg₂Si的最大溶解度為1.05%，這是平衡狀態(tài)下的最大溶解度，實(shí)際上，鋁型材的組織是非平衡狀態(tài)，影響Mg₂Si溶解度的因素很復(fù)雜，因此，Mg₂Si在6063鋁合金中的溶解度低于1.05%，。如果合金含Mg量過高以及其他因素影響，造成Mg₂Si不能完全溶解，容易產(chǎn)生組織條紋缺陷。

綜上所述，企業(yè)出現(xiàn)質(zhì)量問題并不可怕，怕就怕沒有科學(xué)觀念，沒有認(rèn)清問題的本質(zhì)，主觀臆斷，盲人騎瞎馬，盲目瞎闖。攻關(guān)實(shí)踐證明：減輕、消除6063鋁合金鋁型材組織條紋缺陷是一個系統(tǒng)工程，只要針對消除產(chǎn)生組織條紋缺陷的真正原因采取糾正措施，即合理控制合金化學(xué)成分，鋁型材結(jié)構(gòu)符合擠壓工藝要求，正確設(shè)計(jì)、精心加工、合理修模、及時氮化模具，嚴(yán)格按正確的工藝操作，快速冷卻，確保鋁型材T5狀態(tài)，鋁合金鋁型材組織條紋缺陷就一定會減輕或消除。

本文從鋁型材的結(jié)構(gòu)、擠壓工藝參數(shù)、擠壓模具的模橋形狀、焊合室深度，氮化質(zhì)量、鋁型材的冷卻速度、化學(xué)成分等方面論述了6003鋁合金鋁型材組織條紋的產(chǎn)生機(jī)理及防止措施。由于水平有限,不妥之處，,懇請各位專家指正。