【正文】 者對(duì)鋁合金型材的生產(chǎn)有一個(gè)比較清晰的認(rèn)識(shí)。 鋁合金型材的原材料 鋁合金型材的生產(chǎn)是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，在各生產(chǎn)工 序中將會(huì)使用大量的生產(chǎn)原材料。在熔鑄生產(chǎn)工序中，其主要原材料有鋁錠、鎂錠、鋁硅中間合金、鐵劑和精煉劑等；擠壓成形生產(chǎn)工序的主要原材料是熔鑄工序生產(chǎn)出來(lái)的鋁合金材料；對(duì)鋁合金門窗型材進(jìn)行表面處理，生成具有防護(hù)性和裝飾性表面處理膜的主要原材料有工業(yè)硫酸、封孔劑、電泳漆、粉末涂料、氟碳漆涂料等；而生產(chǎn)隔熱型材的主要原材料還有隔熱材料。 在所有這些原材料中，鋁合金材料是組成鋁合金型材的主體材料。鋁合金材料是以鋁為主體金屬元素，并加入一定量的其他合金元素（如硅、鎂等）而組成的。鋁合金品種繁多，目前國(guó)際上有據(jù)可查的變形 鋁合金牌號(hào)已接近 400 個(gè)。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《變形鋁及鋁合金牌號(hào)表示方法》（ GB/T16474－ 1996）規(guī)定了變形鋁及鋁合金的牌號(hào)表示方法。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)變形鋁及鋁合金國(guó)際牌號(hào)注冊(cè)協(xié)議組織推薦的國(guó)際四位數(shù)字體系牌號(hào)命名方法制定的，是國(guó)際上比較通用的鋁合金牌號(hào)命名方法。鋁及鋁合金的組別及牌號(hào)系列見表 31。 表 31 鋁及鋁合金的組別及牌號(hào)系列 牌號(hào)系列 組別 1179。179。179。 純鋁（鋁含量不小于 ％） 2179。179。179。 以銅為主要合金元素的鋁合金 3179。179。179。 以錳為主要合金元素的鋁合金 4179。179。179。 以硅為主要合金元 素的鋁合金 5179。179。179。 以鎂為主要合金元素的鋁合金 6179。179。179。 以鎂和硅為主要合金元素并以 Mg2Si相為強(qiáng)化相的鋁合金 7179。179。179。 以鋅為主要合金元素的鋁合金 8179。179。179。 以其他合金元素為主要合金元素的鋁合金 36 9179。179。179。 備用合金組 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《變形鋁及鋁合金狀態(tài)代號(hào)》（ GB/T16475－ 1996）規(guī)定了變形鋁及鋁合金的狀態(tài)代號(hào)?；A(chǔ)狀態(tài)分為五種，分別用 F、 O、 H、 W、 T英文大寫字母表示。見表 32。 表 32 基礎(chǔ)狀態(tài)代號(hào)、名稱及說(shuō)明 代號(hào) 名稱 說(shuō)明 F 自由加工狀態(tài) 該狀態(tài)產(chǎn)品的力學(xué)性能不作規(guī) 定，適用于在成型過程中，對(duì)加工硬化和熱處理?xiàng)l件無(wú)特殊要求的產(chǎn)品。 O 退火狀態(tài) 適用于經(jīng)完全退火獲得最低強(qiáng)度的加工產(chǎn)品。 H 加工硬化狀態(tài) 適用于加工硬化提高強(qiáng)度的產(chǎn)品， H 代號(hào)后面必須跟有二位或三位阿拉伯?dāng)?shù)字。 W 固溶熱處理狀 態(tài) 該狀態(tài)代號(hào)表示產(chǎn)品處于自然時(shí)效階段，是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，僅適用于經(jīng)固溶熱處理后，室溫下自然時(shí)效的合金。 T 熱處理狀態(tài) 適用于熱處理后，經(jīng)過（或不經(jīng)過）加工硬化達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的產(chǎn)品， T 代號(hào)后面必須跟有一位或多位阿拉伯?dāng)?shù)字。 細(xì)分狀態(tài)代號(hào)采用基礎(chǔ)狀態(tài)代號(hào)后跟 一位或多位阿拉伯?dāng)?shù)字表示。 鋁合金門窗型材基本上都是采用 6179。179。179。系合金加工而成的， 6179。179。179。系合金是 AlMgSi 系合金，該系合金以鎂和硅為主要合金元素，并以 Mg2Si 相為強(qiáng)化相的鋁合金。 6063 合金綜合性能好，耐腐蝕性佳，且容易進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，是最常用于加工成鋁合金門窗型材的合金。另外，有時(shí)也會(huì)選用 6060、 6066063A 和 6463 等合金加工而成建筑鋁合金型材，其中 6061 合金一般用于強(qiáng)度大于 6063 合金的結(jié)構(gòu)件，而 6463 合金一般用于表面需要進(jìn)行光亮陽(yáng)極氧化處理的型材。表 33 為一般鋁合金門窗型 材所使用的合金化學(xué)成分表。 表 33 化學(xué)成分表 牌號(hào) 化學(xué)成分， % Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti 其他雜質(zhì) Al 單個(gè) 合計(jì) 6060 ~ ~ ~ 余量 6061 ~ ~ 0 5 ~1.2 ~ 0.25 0.15 0.05 0.15 余量 6063 ~ ~ 余量 6063 ~ ~0. ~0 0. 0. 0. 0. 余量 37 A 35 5 .9 15 10 05 15 6463 ~ ~ 余量 注：表中，含量有上下限者為合金元素；含量為單個(gè)數(shù)值者為雜質(zhì)元素，其數(shù)值表示雜質(zhì)元素的最高限。 對(duì)于隔熱型材來(lái)說(shuō)，組成型材的材料除了有鋁合金材料 之外，還有具有隔熱功能的隔熱材料。所謂隔熱材料是指用以連接兩部分鋁合金型材的低熱導(dǎo)率的非金屬材料，它將制作成門窗內(nèi)、外兩部分的鋁合金型材連接在一起，組成一根完整的門窗型材，在型材中起減少熱傳導(dǎo)作用和結(jié)構(gòu)連接作用。為了達(dá)到隔熱功能，要求隔熱材料必須是熱導(dǎo)率小的材料，在我國(guó)建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JG/T 1742021 中規(guī)定，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)試，隔熱材料的熱導(dǎo)率為（ ~） W/m2178。 K。另外，由于隔熱材料在鋁合金型材中起結(jié)構(gòu)連接作用，因此，要求隔熱材料必須具有一定的強(qiáng)度，并且耐老化性要好，在加工成隔熱型材后 ，產(chǎn)品的高溫、低溫和室溫性能必須達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，詳見《鋁合金建筑型材 第 6部分 隔熱型材》GB 的規(guī)定。目前，能滿足建筑結(jié)構(gòu)要求，在建筑行業(yè)中使用的隔熱材料主要有：采用穿條工藝加工的復(fù)合鋁型材，其隔熱材料常使用 (聚酰胺 66+25%玻璃纖維 )材料；采用澆注工藝加工的復(fù)合鋁材其隔熱材料使用硬質(zhì)聚氨基甲酸乙酯材料。 鋁合金型材生產(chǎn)工藝 鋁合金門窗型材常見的有兩類，一類是普通的鋁合金熱擠壓型材，如圖 31為普通鋁合金型材橫截面圖；另一類是隔熱鋁合金型材，也稱之為隔熱斷橋鋁合金型 材。而隔熱鋁合金型材根據(jù)復(fù)合方式不同，又可分為穿條式隔熱型材和澆注式隔熱型材。 穿條式隔熱型材是指通過開齒、穿條、滾壓工序，將條形隔熱材料穿入鋁合金型材穿條槽內(nèi)，并使之被鋁合金型材牢固咬合的復(fù)合方式加工而成的具有隔熱功能的復(fù)合型材，如圖 32 為穿條式隔熱鋁合金型材橫截面圖。 澆注式隔熱型材是指將雙組份液態(tài)隔熱膠澆注入鋁合金型材的隔熱槽中，待固化成形后切除隔熱槽臨時(shí)性金屬橋，形成有隔熱功能的復(fù)合型材，圖 33為澆注式隔熱鋁合金型材橫截面圖。 不同類型的型材其生產(chǎn)工藝是不同的，本節(jié)將對(duì)鋁合金熱擠壓型材、穿條式隔 熱鋁合金型材和澆注式隔熱鋁合金型材的生產(chǎn)工藝分別進(jìn)行闡述。 38 鋁合金熱擠壓型材生產(chǎn)工藝 熔鑄生產(chǎn)工藝 在鋁合金擠壓成形成為鋁合金型材之前，應(yīng)先生產(chǎn)出符合要求合金牌號(hào)的鋁合金鑄錠。鋁合金鑄錠的質(zhì)量對(duì)鋁合金型材質(zhì)量有非常重要的影響，它不僅 影響鋁合金擠壓成形、型材表面質(zhì)量和型材的力學(xué)性能，而且對(duì)以后的表面處理都有至關(guān)重要的影響。為此，在生產(chǎn)鋁合金鑄錠之前，必須先設(shè)計(jì)好熔鑄生產(chǎn)工藝流程，并在生產(chǎn)時(shí)嚴(yán)格按生產(chǎn)工藝進(jìn)行操作。熔鑄生產(chǎn)工藝根據(jù)不同的產(chǎn)品和不同的生產(chǎn)設(shè)備會(huì)有一些差異，但是一般來(lái)說(shuō)，鋁合金鑄錠的生產(chǎn)都需要經(jīng)過如下幾道工序：配料、熔煉、精煉、靜置、鑄造和均勻化處理。圖 34是典型熔鑄生產(chǎn)工藝流程圖。 圖 34 典型熔鑄生產(chǎn)工藝流程圖 1．配料 為了確保鑄錠的化學(xué)成分達(dá)到合金要求的含量范圍，在進(jìn)行熔煉之前，應(yīng)根據(jù)所要 生產(chǎn)的合金牌號(hào)，對(duì)需要加入的各種合金元素的量進(jìn)行計(jì)算，明確各類原材料的加入量。由于熔煉溫度很高，對(duì)于金屬鎂等低沸點(diǎn)的元素，在熔煉過程中存在燒損現(xiàn)象，在計(jì)算加入量時(shí)應(yīng)考慮其燒損量。 2．熔煉 熔煉過程就是將鋁錠及其它所需要的合金元素投入熔鑄爐中進(jìn)行高溫熔化，使鋁液配比成為要求牌號(hào)的合金。在熔煉過程中爐溫是一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)，應(yīng)嚴(yán)格加以控制。爐溫偏高會(huì)損害合金組織，增加含氫量和熔化損耗，造成鑄錠裂紋、擠壓廢品增多；爐溫偏低，熔體粘度大，氫氣和雜質(zhì)難以清除，合金元素偏析，鑄錠疏松和出現(xiàn)冷隔現(xiàn)象。熔煉溫度應(yīng)根據(jù) 所生產(chǎn)的合金進(jìn)行設(shè)定，對(duì)于鋁合金門窗型材用的 6179。179。179。系合金一般鋁熔體溫度控制在 750℃左右。 另外，在熔煉過程中鋁熔體的攪拌也是必要，采用先進(jìn)有效的攪拌方法，能使鋁熔體的溫度和合金成分趨于均勻一致。目前，在企業(yè)中比較常見的是采用電磁攪拌或氣體攪拌等技術(shù)。 3．精煉 在精煉過程中，精煉劑應(yīng)壓入熔體接近熔鑄爐底部并移動(dòng)，這樣氧化鋁渣便容易被吸附到鋁熔體表面，通過扒渣操作就可將氧化鋁渣清除掉。精煉過程中鋁熔體溫度一般應(yīng)保持在 750℃左右，溫度過低不利于氧化鋁渣上浮。另外，在精煉過程中還應(yīng)通入氮?dú)狻⒌?— 氯混合氣體或 氬氣等精煉氣體，以去除鋁熔體中的氫氣。通入的精煉氣體必須純凈，不含水分和氧氣。 機(jī)加工 扒 渣 精煉合金液 熔 煉 均勻化處理 鑄 造 靜 置 凈化處理 配 料 檢 驗(yàn) 圖 31 普通鋁合金型材橫截面圖 圖 32 穿條式隔熱鋁合金型材橫截面圖圖 圖 33 澆注式隔熱鋁合金 型材橫截面圖 圖 39 4．靜置 精煉好的鋁熔體應(yīng)撒上一層覆蓋劑，防止鋁熔體再氧化成渣，同時(shí)靜置，讓氫氣進(jìn)一步逸出。靜置過程中鋁熔體溫度應(yīng)保持在 750℃左右。 5．鑄造 鑄造時(shí)鋁溶體應(yīng)進(jìn)行變質(zhì)處理。變質(zhì)處理的目的是使晶粒細(xì)化，從而減少鑄錠裂紋、冷隔等缺陷，改善擠壓性能。變質(zhì)處理通常是往鋁熔體中添加 AlTiB細(xì)化劑。鑄造時(shí)應(yīng)控制三要素：① 澆鑄溫度。根據(jù)結(jié)晶器結(jié)構(gòu)選擇，一般為 710℃~730℃；② 水溫。宜 25℃以下，水壓一般為 ~，夏天如果溫度偏高，則必須增大水量；③ 鑄造速度。應(yīng)根據(jù)①、②的規(guī)定而確定。 6．均勻化處理 雖然鋁熔體采用了變質(zhì)處理，但在大批量生產(chǎn)條件下，鑄錠的成分和組織依然存在不均勻現(xiàn)象。成分偏析和粗大 Mg2Si相的存在，使合金塑性下降，擠壓困難，型材表面質(zhì)量差。均勻化處理可使粗大的鑄態(tài)組織 Mg2Si相溶解在固溶體中，使 Mg2Si 在固溶體內(nèi)以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)均勻析出，從而改善了鑄錠內(nèi)部的組織，提高了鑄錠質(zhì)量。研究表明，有效的均勻化處理工藝能提高擠壓速度，提高型材的力學(xué)性能和表面光亮度，與未經(jīng)均勻化處理的鑄 錠相比較，擠壓力約降低 6%~8%。 均勻化處理的工藝規(guī)程，應(yīng)根據(jù)合金成分、鑄錠的幾何尺寸、熔鑄質(zhì)量以及均勻化爐等條件而制定。表 34為國(guó)內(nèi)常用的幾種 6063 合金均勻化處理工藝。 表 34 常用的 6063 合金均勻化處理工藝 工藝方案 處理溫度（℃） 保溫時(shí)間（ h） 冷卻方式 Ⅰ 500~550 6~12 出爐后迅速水冷或風(fēng)冷 Ⅱ 580~590 2~3 出爐后迅速水冷或風(fēng)冷 Ⅲ 560~570 4~6 出爐后迅速水冷或風(fēng)冷 鋁合金型材擠壓生產(chǎn)工藝 目前，鋁合金門窗型材基本上 都是采用擠壓方法生產(chǎn)的。這主要是由于擠壓成形加工方法具有以下特點(diǎn)決定。 —— 在擠壓過程中，被擠壓金屬在變形區(qū)能獲得比軋制鍛造更為強(qiáng)烈和均勻的三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)，這可充分發(fā)揮被加工金屬本身的塑性。 —— 擠壓法可生產(chǎn)各種截面變化、形狀復(fù)雜的實(shí)心和空心型材。 —— 擠壓加工靈活性很大，只需要更換模具等擠壓工具即可在一臺(tái)設(shè)備上生產(chǎn)形狀、規(guī)格和品種不同的制品，更換擠壓工具的操作簡(jiǎn)便快捷，費(fèi)時(shí)少、功效高。 —— 擠壓成形的制品尺寸精度高，表面質(zhì)量好。 —— 擠壓過程對(duì)金屬的力學(xué)性能有良好的影響。特別是對(duì)于某些具有擠壓效應(yīng)的鋁合 金來(lái)說(shuō)，其擠壓制品在淬火時(shí)效后，縱向抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)比其它方法加工的同類產(chǎn)品要高。 —— 工藝流程簡(jiǎn)短，生產(chǎn)操作方便。 一般來(lái)說(shuō)，鋁合金型材擠壓生產(chǎn)工藝包括：擠壓筒加熱、鋁合金鑄錠加熱、工模具加熱、擠壓成形、型材淬火、拉伸矯直、時(shí)效等工序。圖 35是典型鋁合金擠壓生產(chǎn)工藝流程圖。 擠壓筒加熱 40 圖 35 典型鋁合金擠壓生產(chǎn)工藝流程圖 1．?dāng)D壓筒加熱 為保證擠出制品的質(zhì)量，控制粗晶環(huán)深度和晶粒大小，擠壓機(jī)的擠壓筒在擠壓成形生產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行預(yù)加熱，預(yù)加熱溫度一般為 400℃～ 450℃。 2．鋁合金鑄錠加熱 鑄錠加熱溫度隨合金不同而不同，但應(yīng)注意的是鑄錠加熱溫度上限應(yīng)稍低于熔點(diǎn)共晶的熔化溫度，建筑門窗用鋁合金的加熱溫度上限一般為 550℃，擠壓606 6061合金型材時(shí)，為保證擠壓熱處理效果，應(yīng)采用 480℃～ 520℃的溫度加熱。 3．?dāng)D壓工具、模具加熱 擠壓工具在擠壓使用前必須預(yù)加熱到 300℃～ 400℃。預(yù)熱前必須仔細(xì)檢查工具尺寸和表面狀況等情況，擠壓工具表面不得有碰傷、劃傷或粘有金屬等現(xiàn)象。 鋁合金型材擠壓成形前應(yīng)準(zhǔn)備好相應(yīng)的生產(chǎn)模具，并將模具置于模具加熱爐中進(jìn)行預(yù)加熱，模具預(yù)加熱溫 度一般為 450℃～ 460℃。 4．?dāng)D壓成形 鋁合金擠壓成形的方法有很多種，其中應(yīng)用最廣泛的是正向擠壓法和反向擠壓法。 正向擠壓法的特點(diǎn)是：擠壓時(shí)，擠壓筒一端緊靠前梁，并且被模支撐封死。擠壓軸在主柱塞力的作用下向前擠壓，迫使擠壓筒內(nèi)金屬流出?？住４藭r(shí)，鑄錠隨著擠壓過程的進(jìn)行而逐漸向前移動(dòng)，其鑄錠表面層與擠壓筒內(nèi)壁發(fā)生激烈的摩