本人通過二十幾年從事鋁型材生產(chǎn)、技術(shù)、質(zhì)量管理工作的實(shí)踐，逐漸認(rèn)識到熔鑄生產(chǎn)的鑄棒質(zhì)量是決定鋁型材內(nèi)在（成分、組織、性能）質(zhì)量和外在（表面、顏色、氧化膜透明度、涂層的附著力）質(zhì)量的基礎(chǔ)條件。下面淺談6063鋁合金化學(xué)成分的控制。

1 6063鋁合金概述

6063鋁合金是美國于1954年7月1日向國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO注冊的，數(shù)字形式為6063，字母形式為AlMgSi_O.5。由于6063鋁合金具有：室溫延伸率δ≥8%，高溫塑性變形能力更好，能夠生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大型薄壁中空擠壓型材；淬火敏感性低，可以在擠壓機(jī)上熱擠壓后（500—560℃），通過風(fēng)冷進(jìn)行淬火，然后再經(jīng)人工時(shí)效，達(dá)到中等強(qiáng)度，бb≥160Mpa，可滿足建筑型材需要，有利于實(shí)現(xiàn)T5狀態(tài)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；在可熱處理強(qiáng)化的鋁硅合金中是唯一沒有應(yīng)力腐蝕的合金，抗腐蝕性能好，制作門窗、幕墻可以使用幾十年；陽極氧化，電解著色，電泳涂漆、粉未噴涂，氟碳漆噴涂性能良好，生產(chǎn)出的鋁型材美觀，豪華、大方，為設(shè)計(jì)師提供廣闊空間，裝點(diǎn)華廈；抗沖擊性能好，尤其是對裂紋的敏感性低，很適合于建筑門、窗、幕墻的加工和使用等上述良好的綜合性能，一問世就廣泛地應(yīng)用制造建筑型材，幾十年占據(jù)統(tǒng)治地位,久興不衰。

眾所周知，合金的化學(xué)成分及其相適應(yīng)的熱處理工藝決定了合金的組織，合金的組織決定了合金的性能?？梢姡?063合金化學(xué)成分是其諸多綜合性能的基礎(chǔ)，是十分重要的。所以，在GB5237-2008《鋁合金建筑型材》國家標(biāo)準(zhǔn)中，合金化學(xué)成分是強(qiáng)制性條款，具有嚴(yán)肅的法律效力，不允許企業(yè)與顧客進(jìn)行協(xié)商決定。。

我國的GB/T3190《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》標(biāo)準(zhǔn)等同采用ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，,6063合金化學(xué)成分如表1所示。

表 1

Mg	Si	Fe	Cu	Mn	Cr	Ti	Zn	Al
GB/T3190-1996	0.45/0.90	0.20/0.60	0.35	0.10	余量

但是，由于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的6063合金化學(xué)成分太寬，因此，各型材生產(chǎn)廠都制定相應(yīng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。我公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表 2

Mg	Si	Fe	Cu	Mn	Cr	Ti	Zn	Al
Q/DP.ZJ-01-2008	0.48/0.78	0.32/0.52	0.30	0.08	0.04	余量

    企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)規(guī)定的6063合金化學(xué)成分也較寬，實(shí)際上，生產(chǎn)執(zhí)行內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)（后面詳述）。

2 各組成元素在6063合金中的作用

2.1Al：基體，是該合金綜合性能的基本保證

2.2合金元素:Mg、Si

a. Mg和Si生成Mg₂Si是該合金中的主要強(qiáng)化相,Mg₂Si在合金中的含量多少以及在固溶體中的溶解度大小及分布形態(tài)是產(chǎn)生熱處理強(qiáng)化的決定因素。

b. Mg₂Si中的Mg:Si=24.3×2/28.1×1=1.73

c.當(dāng)Mg:Si>1.73時(shí)，Mg過剩

表3：過剩Mg對6063合金不同溫度下Mg₂Si相在鋁基體中溶解度的影響

從上表可見：隨著過剩Mg量的增加，Mg₂Si相在鋁中的溶解度明顯下降，從而降低了淬火時(shí)效強(qiáng)化效果，削弱了合金化效果，使機(jī)械強(qiáng)度下降，成形性能降低。

d.當(dāng)Mg:Si<1.73時(shí),Si過剩,

表4：過剩硅對6063合金力學(xué)性能的影響

合金試樣	組成（%）	相組織（%）	力學(xué)性能（N/mm2）
Mg	Si	Fe	Mg2Si	過剩Si	б6	бpo2
1#	0.50	0.35	0.16	0.79	0.01	218
2#	0.50	0.43	0.16	0.79	0.08	235	213
3#	0.50	0.48	0.24	0.79	0.13	250	227

從上表可見，隨著過剩Si的增加，在Mg₂Si含量不變的情況下，合金的力學(xué)性能有明顯增加，過剩Si顯著提高了自然時(shí)效效果，并且強(qiáng)度和自然時(shí)效速度隨著過剩Si是增加而增加，但是，成形性，焊接性能降低。

采用過剩Si的成分時(shí)，Si優(yōu)先與Fe、Mn生成?相(MnFe)₃Si₁₂Al₁₅，有利于消除有害雜質(zhì)鐵的影響，并確保Mg₂Si強(qiáng)化相的形成。但是，當(dāng)過剩Si超過0.2%時(shí),會對氧化膜有“灰化”的影響。

2.3雜質(zhì)：（∑<1%）

a.Fe：在Si貧乏情況下，生成尖狀或棒狀FeAl₃化合物，是堅(jiān)硬質(zhì)點(diǎn)，擠壓生產(chǎn)時(shí)易產(chǎn)生外觀缺陷，陽極氧化時(shí)，其電極電位與鋁不同，破壞氧化膜的連續(xù)性和均勻性，氧化膜透明性差；在過剩Si情況下，優(yōu)先生成脆的針狀化合物?相，在擠壓時(shí)，產(chǎn)生型材開裂；

b. Cu：對增加合金力學(xué)性能和表面光度有利，但降低耐腐蝕性，含量多時(shí)造成氧化膜偏黑;

c.Mn：少時(shí)有利消除AL₅FeSi有害影響，減輕擠壓紋；多時(shí)，氧化膜呈棕黃色；

d.Zn:使合金結(jié)晶粗大，氧化后產(chǎn)生閃亮的梨皮狀斑點(diǎn)，Zn>0.04%，使型材產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，形成鋅花缺陷；

e.Ti:生成TiAL₃、TiB₂有細(xì)化晶粒的作用，但Ti>0.1%時(shí)，影響著色色調(diào)，嚴(yán)重時(shí)，甚至導(dǎo)致不能著色。

3 化學(xué)成分的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)

企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是公司驗(yàn)收產(chǎn)品的準(zhǔn)則；內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)是生產(chǎn)產(chǎn)品的指導(dǎo)準(zhǔn)則，超出內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)屬于違反工藝紀(jì)律。經(jīng)過多年實(shí)踐考驗(yàn)，我公司6063合金化學(xué)成分基本控制在內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)。6063鋁合金型材化學(xué)成分的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)遵循以下原則：

3.16063鋁合金的Mg:Si

    1994年以前,鋁型材多為光亮型材,并且著色較多,此時(shí)Mg:Si控制在1.3-1.6之間,1994年以后,由于著色型材較少,并且表面比較柔和的亞光,砂面型材倍受消費(fèi)者青睞,此時(shí)Mg:Si控制在 1.2-1.3(銀白)；1.3-1.6（著色）;隨著人們對過剩Si強(qiáng)化效果的認(rèn)識加深,為提高鋁型材的強(qiáng)度，而將Mg:Si控制在1.15-1.3;2004年生產(chǎn)隔熱型材后，為防止復(fù)合時(shí)槽口基材產(chǎn)生裂紋，Mg:Si控制在 1.3-1.5。

3.26063鋁合金的Mg₂Si

雖然Mg、Si是形成Mg₂Si強(qiáng)化相的元素，但其電極電位與基體Al仍然不同，含量高了，會影響型材氧化膜的連續(xù)性，均勻性及透明度；強(qiáng)化相Mg₂Si在淬火時(shí)不能完全固溶到鋁基體中，而在堿腐蝕時(shí)，Mg₂Si又優(yōu)先析出，形成組織條紋缺陷，因此，經(jīng)過失敗的教訓(xùn)后，我們將Mg+Si的含量由原來1.0-1.2%改為<1%（0.8－0.9%）的低Mg、Si控制。因?yàn)椋?dāng)Mg₂Si含量小于0.65%，強(qiáng)度劇減；當(dāng)Mg₂Si含量大于0.9%，延伸率下降；Mg₂Si在500℃的最大溶解度為1.05,所以，在過剩硅的條件下，Mg₂Si含量為Mg含量的1.58倍，當(dāng)Mg含量控制在0.52-0.55%時(shí)，Mg₂Si含量為0.82—0.87%。

3.36063鋁合金的過剩Si

在本文之1.2.2合金元素:Mg、Si條款中，已闡述了過剩Mg、過剩Si 對6063鋁合金的性能的影響，在此不贅述。

現(xiàn)在，各鋁型材生產(chǎn)廠都采用過剩Si的6063合金化學(xué)成分的控制。目前，計(jì)算6063合金中的過剩Si含量有兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式：

（1）過剩Si%=合金中：Si%-Mg₂Si中Si%-β相（MnFe)₃Si₁₂Al₁₅中Si%

（2）過剩Si%=合金中：

Si%-Mg₂Si中Si%-Si%固溶量，其中Mg₂Si中Si%=合金中Mg%/1.73

β相（MnFe)₃Si₁₂Al₁₅中Si%=合金中（Fe+Mn）%/4

Si%固溶量=0.05%

最佳過剩Si%應(yīng)控制在：合金的：Fe%：過剩Si%=2—3，即在6063合金中Fe%=0.2%時(shí)，最佳過剩Si%=0.06%—0.10%。

筆者認(rèn)為過剩Si含量經(jīng)驗(yàn)公式（2）在6063合金中Fe%較低時(shí)適用，在6063合金中Fe%較高時(shí)不適用。例如：一個(gè)朋友給我打電話：他們廠買的6063鑄棒含0.42%的Si，0.53%的Mg，0.35%的Fe（合格）。盡管嚴(yán)格控制擠壓、時(shí)效的工藝，型材HW在4—6之間而報(bào)廢。經(jīng)復(fù)驗(yàn)Fe的含量為0.56%（不合格）。如果按公式（2）計(jì)算，過剩Si%=0.064%，型材硬度應(yīng)該合格；如果按公式（1）計(jì)算，過剩Si%=-0.026%，因?yàn)?，合金中的Si優(yōu)先與Mn、Fe生成β相，導(dǎo)致沒有足夠的Si與Mg生成Mg₂Si強(qiáng)化相，致使Mg₂Si含量低，并形成過剩Mg狀態(tài)，影響Mg₂Si在鋁基體中的固溶，影響時(shí)效強(qiáng)化效果，所以，型材硬度不合格；

經(jīng)過多年的實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，6063鋁合金化學(xué)成分，Mg含量控制在0.52-0.55%，Mg₂Si含量為0.82—0.87%，隔熱型材Mg含量控制在0.50-0.53%，Mg₂Si含量為0.79—0.84%,Si含量控制在0.4-0.46%，隔熱型材Si含量控制在0.38-0.42%，當(dāng)Fe+Mn含量為0.24時(shí)，過剩Si含量為0.02—0.1%，以確保鋁型材的綜合性能。

4 生產(chǎn)過程中化學(xué)成分控制的措施

4.1原輔材料采購在合格供方名單中采購，應(yīng)具有質(zhì)量保證書或合格證，進(jìn)廠原輔材料應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)或驗(yàn)證，合格后方能投入生產(chǎn)；

4.2加強(qiáng)配料計(jì)算，防止出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤；

4.3嚴(yán)肅稱料，運(yùn)料，投料，防止看錯(cuò)配料單，稱錯(cuò)磅，搬錯(cuò)料，現(xiàn)場混料，或錯(cuò)投料；

4.4熔煉過程應(yīng)嚴(yán)肅操作工藝紀(jì)律，嚴(yán)格按工藝規(guī)程操作，熔煉時(shí)防止加鎂溫度過高或過低，防止加鎂方法不正確，鎂在液面燃燒；鐵質(zhì)工具應(yīng)噴涂料，防止增鐵；防止熔煉時(shí)間過長，使金屬燒損嚴(yán)重；加強(qiáng)攪拌,防止鋁液成分不均勻；加強(qiáng)爐前,爐后化學(xué)成分分析,防止誤操作或錯(cuò)發(fā)化驗(yàn)報(bào)告。

5 鑄棒外包過程的控制

本文論述了6063鋁合金化學(xué)成分對生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋁型材的重要性，并從控制6063鋁合金中的各組成元素、Mg:Si、Mg₂Si、過剩Si的含量，闡述6063鋁合金化學(xué)成分控制的基本原則、措施以及對鑄棒外包方的控制。隨著改革的深入，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有些電解鋁廠建設(shè)一些鋁合金化爐和鑄棒澆注設(shè)備，利用電解鋁熔液經(jīng)合金化后，生產(chǎn)、銷售6063鋁合金鑄棒，這種深加工節(jié)省能源，并且，電解鋁廠的設(shè)備、技術(shù)、檢測保障能力較強(qiáng)，鑄棒質(zhì)量好，價(jià)格便宜，很受鋁型材廠的歡迎；但是，有的工廠，雖然也利用電解鋁熔液經(jīng)合金化后，生產(chǎn)、銷售6063鋁合金鑄棒，由于其設(shè)備、技術(shù)、檢測保障能力較差，合金精煉不充分，晶粒細(xì)化不徹底，致使鑄棒質(zhì)量較差；甚至，個(gè)別廠家，利用雜鋁重熔，粗制濫造，化學(xué)成分、低倍組織不合格，但是，價(jià)格便宜，也有市場。使得鑄棒市場魚目混珠，非?；靵y。

GB/T19001_2008《質(zhì)量管理體系要求 》標(biāo)準(zhǔn)中特別強(qiáng)調(diào)：“針對組織所選擇的任何影響產(chǎn)品符合要求的外包過程，組織應(yīng)確保對其實(shí)施控制。對此類外包過程控制的類型和程度應(yīng)在質(zhì)量管理體系中加以規(guī)定。”大多數(shù)企業(yè)對鑄棒外包方按采購合格供方以其合法資質(zhì)進(jìn)行選擇和評價(jià)，對其控制程度是不夠的。鑄棒質(zhì)量是決定鋁型材內(nèi)在（成分、組織、性能）質(zhì)量和外在（表面、顏色、氧化膜透明度、涂層的附著力）質(zhì)量的基礎(chǔ)條件。我公司將鑄棒外包過程控制確定為A類，要求鑄棒外包方按我公司鑄棒生產(chǎn)、質(zhì)量控制要求進(jìn)行生產(chǎn)和檢驗(yàn)，必要時(shí)，公司對鑄棒外包方實(shí)施第二方審核，以確保鑄棒質(zhì)量合格。

綜上所述，6063合金化學(xué)成分是其諸多綜合性能的基礎(chǔ)，是十分重要的。鑄棒質(zhì)量是決定鋁型材內(nèi)在（成分、組織、性能）質(zhì)量和外在（表面、顏色、氧化膜透明度、涂層的附著力）質(zhì)量的基礎(chǔ)條件。只要我們嚴(yán)格按內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)控制化學(xué)成分，并把好熔煉關(guān)，澆注關(guān)，就一定會生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的鑄棒，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋁型材打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

由于水平有限,不妥之處，,懇請各位專家指正。