淺析建筑用6063 鋁合金型材室溫縱向拉伸試驗的影響因素

陳 洋 黃 濤 林章浦

（福建省建筑科學(xué)研究院， 福州 350025）

0 引言

近些年我國一直注重科技研發(fā)，而在科研過程中對于合金的使用是必不可少的，鋁合金是一種輕金屬，具有良好的導(dǎo)電傳熱性及延展性。隨著我國經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，對于鋁合金的使用也逐漸多樣化。上到航空航天這類關(guān)系國家發(fā)展的重要事業(yè)，下到人民的日常生活都需要頻繁地使用鋁合金。在建設(shè)行業(yè)，在安裝門、窗、幕墻等構(gòu)件時，一般需要鋁合金型材進行固定，因此其質(zhì)量對其結(jié)構(gòu)安全有著至關(guān)重要的影響，其重要性可想而知。本文主要分析了建筑用6063 鋁合金型材質(zhì)量的相關(guān)問題。

1 6063 鋁合金型材的簡介

大部分的鋁型材是使用Al-Mg-Si 系合金，而其中70%是取自6063 合金擠壓成的。6063 鋁合金是6xxx 系鋁合金中具有中等強度的可熱處理強化合金[1]，現(xiàn)目前被廣泛的運用在建設(shè)當(dāng)中。其與普通的鋁合金相比較，其在硬度，堅韌度，韌性以及抗疲勞性中都是有較高要求的。由于鋁合金在較高的溫差下物理性質(zhì)并不會發(fā)生明顯變化，因此鋁合金型材是當(dāng)前建筑外立面連接件中較為理想的材料。目前我國建設(shè)行業(yè)中所使用的鋁合金主要的優(yōu)勢特點有以下幾種，首先鋁合金的抗熱性能優(yōu)良，抗腐蝕性極強，導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性比純鋁低得多，并且作為金屬化學(xué)性質(zhì)并不活潑，不易發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)。在實際的工業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)生產(chǎn)零件大小和功能的不同使用部分以及條件，分為多種性能不同的鋁合金型材，但是有的鋁合金型材我國還是需要進口滿足國內(nèi)生產(chǎn)要求。其次，焊接性能好，在建筑上能有效地在門、窗、幕墻等構(gòu)件中起到較好的、延續(xù)作用。

2 建筑6063 鋁合金型材室溫拉伸試驗

2.1 樣品制備

采用鉆銑機加工鋁合金型材使其圖形如圖1 所示，加工面的粗糙度Ra 應(yīng)保證不大于3.2μm，圖1 中各類尺寸取值見《變形鋁、鎂及其合金加工制品拉伸試驗用試樣及方法》GB/T 16865-2013 的規(guī)定。試驗前測出原始標(biāo)距 oL 、壁厚 oa 與試樣寬度 bo，計算試樣原始截面積

2.2 試驗方法

將試樣夾持在萬能試驗機上，使樣品盡可能僅受軸向的位力作用，預(yù)加適當(dāng)拉力使試樣直立。在測定規(guī)定非比例延伸強度范圍內(nèi)，控制應(yīng)力速率在范圍內(nèi)， 其后拉伸速率不應(yīng)超過

2.3 數(shù)據(jù)處理

3 建筑用6063 鋁合金型材室溫拉伸試驗的影響因素

影響建筑用6063 鋁合金型材的力學(xué)性能指標(biāo)的因素比較多，而且具體的影響過程相當(dāng)復(fù)雜，本實驗室通過對大量建筑用6063 鋁合金型材的拉伸試驗并查閱相關(guān)技術(shù)研究成果資料后發(fā)現(xiàn)對其相關(guān)的力學(xué)性能指標(biāo)有較大影響的因素有：

⑴型材表面處理方式

鋁合金型材表面處理方式有陽極氧化、電泳噴涂、粉末噴涂、氟碳漆噴涂等形式，不論何種形式，其目的都是使型材表面與外界環(huán)境隔絕，以免外界環(huán)境對鋁合金型材表面的腐蝕，相關(guān)研究表明鋁合金型材表面涂覆太薄或無涂覆時，鋁合金型材表面暴露在空氣中，會產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，影響鋁合金內(nèi)部晶體的結(jié)構(gòu)，宏觀上表現(xiàn)為對抗拉強度、硬度等指標(biāo)的影響。

⑵加工試樣的表面粗糙度

表面粗糙度是表征表面的粗糙程度，數(shù)字越大，其表面越粗糙，數(shù)字越小，其表面越光滑。鋁合金型材加工成所需特定尺寸樣品后，一般要求其表面粗糙度，如表面粗糙度太大，則在試驗過程中容易使部分?jǐn)嗝鎽?yīng)力過于集中，對實驗的結(jié)果將生產(chǎn)不利的影響，如鋁合金型材局部過早被拉斷或突然的斷裂。

⑶實驗環(huán)境溫度和濕度

鋁合金型材拉伸試驗的環(huán)境溫度要求為10℃～35℃，通過大量的實驗數(shù)據(jù)表明，鋁合金型材的抗拉強度與實驗的環(huán)境溫度呈負相關(guān)的關(guān)系，即當(dāng)實驗的環(huán)境溫度越高，抗拉強度越小，實驗環(huán)境溫度越低，抗拉強度越大。其原因是溫度較高時，原子擴散能力增強，宏觀上表面為材料易發(fā)生塑性變形，強度降低。而濕度對鋁合金型材的強度幾乎沒有影響。

⑷拉伸速率

通過在同一環(huán)境溫度下，不同拉伸速率的鋁合金型材拉伸強度也呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，一般拉伸速率越大，其強度也越大，而且環(huán)境溫度越高，影響越大。

4 結(jié)論

建筑用6063 鋁合金型材室溫拉伸試驗中影響其力學(xué)性能的因素主要有型材表面處理方式、表面粗糙度、試驗環(huán)境溫度、拉伸速率。為了準(zhǔn)確得到所檢鋁合金型材的相關(guān)力學(xué)性能指標(biāo)，應(yīng)將各影響因素對結(jié)果的影響降到最低，如在選擇時應(yīng)選擇型材表面涂覆層未被破壞且涂覆層厚度滿足相關(guān)規(guī)范要求的型材，加工試樣時應(yīng)保證基材的表面粗糙度滿足要求，試驗前使試樣在室溫環(huán)境進行足夠長時間的養(yǎng)護，試驗時的環(huán)境溫度滿足相求規(guī)范要求，但保持在23℃±5℃更佳，拉伸速率不應(yīng)過大，以避免實驗數(shù)據(jù)偏離得太多。

5 結(jié)束語

將鋁合金建筑型材產(chǎn)品應(yīng)用于建筑行業(yè)，需要對型材產(chǎn)品力學(xué)性能進行檢測，保證鋁合金建筑型材產(chǎn)品的使用強度能夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求。故此，在進行鋁合金建筑型材產(chǎn)品生產(chǎn)時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)建筑門、窗、幕墻的實際需求，有效調(diào)整型材產(chǎn)品的使用強度，通過合理合計鋁合金建筑型材產(chǎn)品的屈服力，可以大幅提升鋁合金建筑型材產(chǎn)品的使用效果。如若在鋁合金建筑型材產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，忽略力學(xué)性能的設(shè)計，則會是型材產(chǎn)品在使用過程中出現(xiàn)斷裂，影響鋁合金建筑型材產(chǎn)品的使用。通過加強型材產(chǎn)品的力學(xué)性能，使鋁合金建筑型材產(chǎn)品能夠有效應(yīng)用于建筑行業(yè)，為門窗制作提供高品質(zhì)保障[2]，對其力學(xué)性能的檢測更是必不可少的。