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铝合金防滑条性能

 

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铝合金广泛用于建筑铝门窗、幕墙的框架，为了保证门窗、幕墙具有高的抗风

压性能、装配性能、耐蚀性能和装饰性能，对铝合金型材综合性能的要求远远高于工

业型材标准。

 

在国家标准

GB/T3190

中规定的

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铝合金成分范围内，对化学成

分的取值不同，会得到不同的材质特性，当化学成分的范围很大时，其性能差异会在

很大范围内波动，以致型材的综合性能会无法控制。因此，优选

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铝合金的化学

成分成为生产优质铝合金建筑型材的最重要的一环。

 

1 

合金元素的作用及其对性能

的影响

 

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铝合金是

AL-Mg-Si

系中具有中等强度的可热处理强化合金，

Mg

和

Si

是主要合金元素，优选化学成分的主要工作是确定

Mg

和

Si

的百分含量

(

质量分数，

下同

)

。

 

1

．

1 Mg

的作用和影响

 

Mg

和

Si

组成强化相

Mg2Si

，

Mg

的含量愈高，

Mg2Si

的数量就愈多，热处理强化效果就愈大，型材的抗拉强度就愈高，但变形抗力也随之

增大，合金的塑性下降，加工性能变坏，耐蚀性变坏。

 

1

．

2 Si

的作用和影响

 

Si

的

数量应使合金中所有的

Mg

都能以

Mg2Si

相的形式存在，

以确保

Mg

的作用得到充分

的发挥。随着

Si

含量增加，合金的晶粒变细，金属流动性增大，铸造性能变好，热

处理强化效果增加，型材的抗拉强度提高而塑性降低，耐蚀性变坏。

 

2 

Mg

和

Si

含

量的选择

 

2

．

1 Mg2Si

量的确定

 

2

．

1

．

1 Mg2Si

相在合金中的作用

 

Mg2Si

在合金中

能随着温度的变化而溶解或析出，并以不同的形态存在于合金中：

 

(1)

弥散相

β’’

固溶

体中析出的

Mg2Si

相弥散质点，是一种不稳定相，会随温度的升高而长大。

 

(2)

过渡

相

β’ 

是

β’’

由长大而成的中间亚稳定相，也会随温度的升高而长大。

 

(3)

沉淀相

β

是

由

β’ 

相长大而成的稳定相，多聚集于晶界和枝晶界。

 

能起强化作用

Mg2Si

相是当

其处于

β’’

弥散相状态的时候，将

β

相变成

β’’

相的过程就是强化过程，反之则是软化

过程。

 

2

．

1

．

2 Mg2Si

量的选择

 

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铝合金的热处理强化效果是随着

Mg2Si

量的

增加而增大。参见图

1[1]

。当

Mg2Si

的量在

0

．

71%

～

1

．

03%

范围内时，其抗拉强

度随

Mg2Si

量的增加近似线性地提高，但变形抗力也跟着提高，加工变得困难。但

Mg2Si

量小于

0

．

72%

时，对于挤压系数偏小

(

小于或等于

30)

的制品，抗拉强度值有

达

不

到

标

准

要

求

的

危

险

。

当

Mg2Si

量

超

过

0.9%

时

，

合

金

的

塑

性

有

降

低

趋

势

。

 

GB/T5237

．

1

—

2000

标准中要求

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铝合金

T5

状态型材的

σb≥160MPa

，

T6

状态

型材

σb≥205MPa

，实践证明．该合金的

 

最高可达到

260MPa

。但大批量生产的影响

因素很多，不可能确保都达到这么高。综合的考虑，型材既要强度高，能确保产品符

合标准要求，又要使合金易于挤压，有利于提高生产效率。我们设计合金强度时，对

于

T5

状态交货的型材，取

200MPa

为设计值。从图

1

可知，抗拉强度在

200MPa

左

右时，

Mg2Si

量大约为

0

．

8%

，

而对于

T6

状态的型材，

我们取抗拉强度设计值为

230 

MPa

，此时

Mg2Si

量就提高到

0

．

95%

。

 

2

．

1

．

3 Mg

含量的确定

 

Mg2Si

的量一经

确定，

Mg

含量可按下式计算：

 

Mg%=

（

1.73×

Mg2Si%

）

/2.73 2

．

1

．

4 Si

含量的确

定

 

Si

的含量必须满足所有

Mg

都形成

Mg2Si

的要求。由于

Mg2Si

中

Mg

和

Si

的相

对原子质量之比为

Mg/Si=1

．

73 

，所以基本

Si

量为

Si

基

=Mg/1

．

73[2]

。

 

但是实践

证明，若按

Si

基进行配料时，生产出来的合金其抗拉强度往往偏低而不合格。显然

是合金中

Mg2Si

数量不足所致。原因是合金中的

Fe

、

Mn

等杂质元素抢夺了

Si

，例

如

Fe

可以与

Si

形成

ALFeSi

化合物。所以，合金中必须要有过剩的

Si

以补充

Si

的

损失。合金中有过剩的

Si

还会对提高抗拉强度起补充作用。合金抗拉强度的提高是

Mg2Si

和过剩

Si

贡献之和。当合金中

Fe

含量偏高时，

Si

还能降低

Fe

的不利影响。

但是由于

Si

会降低合金的塑性和耐蚀性，所以

Si

过应有合理的控制。我厂根据实际

经验认为过剩

Si

量选择在

0

．

09% 

～

0

．

13%

范围内是比较好的。

 

合金中

Si

含量应

是：

Si%=(Si

基

+Si

过

)% 3 

合金元素控制范围的确定

 

3

．

1 Mg

的控制范围

 

Mg

是易

燃金属，熔炼操作时会有烧损。在确定

Mg

的控制范围时要考虑烧损所带来的误差，

但不能放得太宽，以免合金性能失控。我们根据经验和本厂配料、熔炼和化验水平，

将

Mg

的波动范围控制在

0

．

04%

之内，

T5

型材取

0

．

47%

～

0

．

50%

，

T6

型材取

0

．

57%

～

0

．

60%

。

 

3

．

2 Si

的控制范围

 

当

Mg

的范围确定后，

Si

的控制范围可用

Mg/Si

比来

确定。因为该厂控制

Si

过为

0

．

09%

～

0

．

13%

，所以

Mg/Si

应控制在

1

．

18

～

1

．

32

之间。

 

图

2

示出了我厂

6063

铝合金

T5

和

T6

状态型材化学成分的选择范围。图中

示出了过

Si

上限线和下限线。若要变更合金

成分时，比如想将

Mg2Si

量增加到

0

．

95%

，以便有利于生产

T6

型材时，可沿过

Si

上下限区间将

Mg

上移至

0

．

6%

左

右的位置即可。此时

Si

约为

0

．

46%

，

Si

过为

0

．

11%

，

Mg/Si

为

1

．

3

。

 

4 

结束语

 

根据我厂的经验，在

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铝合金型材中

Mg2Si

量控制在

0

．

75%

～

0

．

80%

范围内，

已完全能够满足力学性能的要求。在正常挤压系数

(

大于或等于

30)

的情况下，型材的

抗拉强度都处在

200

～

240 MPa

范围内。而这样控制合金，不仅材料塑性好，易于挤

压，耐蚀性高和表面处理性能好，而且可节约合金元素。但是还应特

别注意对杂质

Fe

进行严格控制。若

Fe

含量过高，会使挤压力增大，挤压材表面质量变差，阳极氧

化色差增大，颜色灰暗而无光泽，

Fe

还降低合金的塑性和耐蚀性。实践证明，将

Fe

含量控制在

0

．

15%

～

0

．

25%

范围内是比较理想的。