直接加工業(yè)硅錠制配6063鋁合金新工藝分析

王高寶

摘 ?要：鎂與硅是構(gòu)成6063鋁合金的重要合金元素，其在加工、可焊、抗腐蝕性能等諸多方面均占據(jù)優(yōu)勢，為現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中擠壓合金的典范。文章緊扣6063鋁合金的配制工藝，較為詳細的探究了直接加工業(yè)硅錠工藝方法及流程，通過實踐應(yīng)用闡明該新工藝的優(yōu)勢。生產(chǎn)實踐表明，新工藝精簡了合金產(chǎn)品的工業(yè)制配程序，優(yōu)化了生產(chǎn)人員的作業(yè)條件，壓縮生產(chǎn)造價成本，能取得較高的經(jīng)濟效益，有推廣價值。

關(guān)鍵詞：6063鋁合金;直接加工;工業(yè)硅錠制配法;工藝分析

據(jù)統(tǒng)計[1]，國內(nèi)每年6063鋁合金鋁棒的生產(chǎn)量達到1500萬t，主要用于加工制造鋁型材與機械零部件。過往多通過摻和AL-Si中間合金錠的傳統(tǒng)工法制配6063鋁合金，盡管工藝流程簡潔、溶化效果較優(yōu)良，但因增設(shè)了制作中間合金工序，生產(chǎn)成本將會有所提升。后續(xù)階段國內(nèi)部分廠家利用粉碎裝置把工業(yè)硅錠粉碎處理成內(nèi)徑為10～25mm的顆粒樣，嚴格依照Si設(shè)定的含量要求把顆粒物直接摻和至溶解完全的鋁液內(nèi)，充分攪拌，盡管有利于減少工業(yè)生產(chǎn)成本，但實踐中需嚴格控制硅顆粒大小，過大可能會拖延溶解時間，過小易形成不溶顆粒，降低終產(chǎn)品力學(xué)性能。

筆者在過往實踐中深度解讀6063鋁合金鋁傳統(tǒng)制配工法暴露的不足，做出依照Si含量要求于二次加料環(huán)節(jié)直接把硅錠與鋁錠一并投到熔爐內(nèi)的提議，本文主要對這一工業(yè)新工藝做出探究。

1、直接加工業(yè)硅錠的原理分析

于鋁液內(nèi)一定溫度條件下，鋁液對工業(yè)硅進行沖刷、侵蝕作用，使Si在鋁液內(nèi)發(fā)生溶解這一物化過程。結(jié)合既往研究，在700℃鋁液內(nèi)，Si的擴散系數(shù)（cm?/s）達到14.4，并且于6063鋁合金內(nèi)產(chǎn)出合物Mg2Si，Mg2Si的共晶溫度約為500℃。容易和鋁產(chǎn)出共晶化合物的元素被溶解的概率較高。Si的百分率也是影響其于鋁液內(nèi)溶解速度的主要因素之一，通常情況下，Si含量高低與其溶解時間長短之間存在正相關(guān)性[2]。因為于第二次投放物料環(huán)節(jié)中就添加了工業(yè)硅錠，而于6063鋁液內(nèi)，Si含量約0. 4%，這就預(yù)示著工業(yè)硅錠持有較充分的溶解時間，能完全溶解。加上添加鎂后的攪拌、除沉渣、精煉、排廢氣等系列過程，鋁液攪拌的總時間會≥20min，充分攪拌是提升組織勻稱性的基礎(chǔ)操作方法，規(guī)避了嚴重的偏析問題。綜合以上論述的內(nèi)容，我們有理由認定直接加工業(yè)硅錠法制配6063鋁合金在技術(shù)層面上是可行的。

2、試驗方法與流程

2.1方法

本試驗主要細分兩組進行，一組（A組）選用常規(guī)制配工藝，摻和Si含量為12%的AL-Si中間合金物料;另一組（B組）選用本文提及的新工藝方法，即直接加入0.42%的工業(yè)硅錠，工業(yè)硅錠內(nèi)Si含量≥99%，歷經(jīng)規(guī)范化的熔煉、靜置處理。提取以上兩組工藝內(nèi)樣本完成光譜分析，比較合金化成效[3]。

2.2流程

本試驗研究在容量為1t的熔爐內(nèi)進行，B組試驗采用直接加硅錠法制配，在二次加料環(huán)節(jié)中，工業(yè)硅錠和純鋁錠一并被投放到熔爐內(nèi)，加熱處理以驅(qū)動溫度上升過程，當確認純鋁錠整體被熔化，鋁液溫度上升至720℃～740℃時，摻和鎂進行充分攪拌，而后擊碎沉渣、精煉、排除廢氣，靜置、提取樣品。

2.3統(tǒng)計試驗的結(jié)果

針對兩種實驗數(shù)次取樣情況進行觀察分析，發(fā)現(xiàn)鋁液內(nèi)都沒有生成肉眼可見的硅顆粒，這提示硅錠溶解完全。對兩組鋁液依次提取樣本、冷卻處理，針對完全冷卻后的試樣，依次選用5個不同位點，選用FOUNDRY -MASTER COMPACT直讀光譜儀分析各點光譜，分析結(jié)果被統(tǒng)計在表1與表2。分析兩表內(nèi)的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)直接加工業(yè)硅錠工藝和中間合金方法取得的合金化成效一致化，基于新工藝制配出的試樣硅含量相對較為溫度，約為0.42%，試樣不同位點的硅含量值差值很小，未出現(xiàn)顯著的偏析現(xiàn)象，相比之下該工法的合金化成效更優(yōu)良[4]。

比較分析表1、2光譜分析統(tǒng)計結(jié)果，認定使用直接加工業(yè)硅錠法制配6063鋁合金鋁可行度很高，硅的溶解度均能維持在0.42上下。

3、生產(chǎn)實踐與優(yōu)勢分析

為進一步檢測驗證本文提出的新工藝方法的可執(zhí)行性和鋁棒自身品質(zhì)的可靠性，擬定于某鋁廠15t油爐內(nèi)正式開展生產(chǎn)作業(yè)活動，提取各爐內(nèi)的樣品，采用光譜法加以檢測。迄今為止，Si、Mg等主要元素含量均符合相關(guān)標準要求，未見硅元素含量不達標的情況，并且所制造出的6063鋁棒和擠壓生產(chǎn)標準與擠壓產(chǎn)品品質(zhì)要求均吻合，未見由于鑄棒溶硅問題而造成擠壓制品質(zhì)量不達標或者滋生擠壓生產(chǎn)事故，協(xié)助鋁廠創(chuàng)造較高的經(jīng)濟利潤。筆者從如下兩點解讀直接加硅錠工藝的優(yōu)越性[5]：

（1）工藝程序簡潔化：比較新工藝與傳統(tǒng)工藝，我們不難發(fā)現(xiàn)中間合金法工藝程序較繁瑣，增設(shè)了二次補給物料環(huán)節(jié)以科學(xué)調(diào)節(jié)成分。而直接加硅錠法能準確調(diào)控規(guī)的投入量，并還能較好的防控硅被氧化的問題，較明顯的提升了工藝生產(chǎn)程序的簡潔度，優(yōu)化了工人的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境條件，溶解、精煉時間均被短縮，燒損量明顯減少。

（2）生產(chǎn)成本顯著降低，經(jīng)濟效益顯著：過往生產(chǎn)1t鋁棒時，需要投用大概31kg的AL-Si中間合金，1kg的AL-Si的售價為22元左右，每生產(chǎn)1t鋁棒時中間合金耗用資金約為682元。而1kg的工業(yè)硅售價大概為12元，利用新工藝生產(chǎn)1t6063鋁棒溶硅費用約為50元，和傳統(tǒng)工法相比成本降低量高于600元。按照我國每年生產(chǎn)1500萬t6063鋁棒測算，直接節(jié)省成本高于90億元，經(jīng)濟成效極為顯著。在未來幾年中，如果能把該工藝技術(shù)用于6系鋁合金，將會產(chǎn)出更大的經(jīng)濟效益。

結(jié)束語：

傳統(tǒng)中間合金法制配6063鋁合金產(chǎn)品在流程操作、經(jīng)濟效益等方面暴露出一定不足，急需改善，用直接加工業(yè)硅錠法將其取而代之是可行性的，生產(chǎn)實踐表明，該新工藝應(yīng)用階段，明顯降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，取得較優(yōu)良的經(jīng)濟效益，若將該工藝推廣應(yīng)用于鋁合金行業(yè)內(nèi)，將會產(chǎn)出驚人的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1] ?劉兆偉，孫亮，董劉穎，等.6063鋁合金擠壓型材缺陷分析[J].熱處理技術(shù)與裝備，2020，41（02）：59-63.

[2] ?張展，許志龍，孫金娥，等.船用鋁合金在模擬工業(yè)污染海洋環(huán)境中的腐蝕行為[J].材料保護，2019，52（12）：7-13.

[3] ?王蕾，孫育竹.汽車鋁合金輪轂混合酸陽極氧化工藝的研究[J].電鍍與環(huán)保，2019，39（06）：55-57.

[4] ?建安工業(yè)鋁合金底盤懸架關(guān)鍵零部件生產(chǎn)線試生產(chǎn)[J].鑄造工程，2019，43（06）：74-75.

[5] ?陳萌.工業(yè)建筑屋面用新型Al-Mg-Zn-Ti鋁合金板的擠壓溫度優(yōu)化[J].熱加工工藝，2019，48（21）：99-101.