建筑用5754鋁合金型材生產工藝研究

羅貴清，劉小龍，韋杰寶

(廣東豪美新材股份有限公司，廣東 清遠 511540)

5754鋁合金屬于變形鋁合金中的Al-Mg系合金，為熱處理不可強化合金[1-4]，具有中等強度，良好的耐蝕性、焊接性、成型性及表面處理特性，受到建筑行業(yè)的青睞[5-7]。

1 實驗材料及方法

實驗用5754鋁合金的化學成分如表1所示，熔煉時采用20 T的天然氣熱輻射爐，溫度控制在700℃～750℃。

表1 5754合金化學成分 (wt%)

投料前熔煉爐必須充分清爐和洗爐，使用優(yōu)質無Na精煉劑和覆蓋劑，合理控制精煉氣壓，防止鋁液沸騰過高導致Mg的燒損加重，影響精煉效果。采用半連續(xù)熱頂鑄造方法，澆鑄成直徑228 mm的圓棒。

2 結果與討論

2.1 熔鑄和均質工藝

根據(jù)Al-Mg二元相圖，共晶溫度下鎂在鋁中最大溶解度為17.4%，但是在半連續(xù)鑄造的快速冷卻條件下溶解度僅為3%～6%[8-9]。當Mg含量在1.0wt.%以上時，表面氧化膜由Al和Mg的氧化物混合組成，該氧化膜致密性差，導致合金在熔鑄過程中存在以下幾個問題：當該氧化膜失去保護作用時，合金燒損嚴重，從而造成熔鑄金成分偏差；熔體吸氣量增加，形成氣孔與疏松，提升了廢品率；形成的氧化夾渣加劇鑄錠表面應力集中，嚴重時引起表面裂紋[10-11]。

5754鋁合金鑄造不允許使用鈉鹽熔劑[10-13]，因為Na在鋁中幾乎不溶解，最大固溶度小于0.002 5%。合金中存在鈉元素時，凝固過程中Na吸附在枝晶表面或晶界，熱加工時晶界上的Na形成液態(tài)吸附層，使合金的成型性惡化。5754鋁合金熔化過程中需將鎂錠完全浸入鋁液中，以減少燒損，開始鑄造后在流槽及分流盤中鋁液面表面撒上無Na覆蓋劑，同時應避免鑄造過程中攪動液面。鑄造時使用在線除氣設備，鑄造溫度控制在710℃～730℃，鑄造速度為80～85 mm/min。

鑄造完成后，對各鑄棒進行低倍分析，鑄棒的晶粒細度一級，未發(fā)現(xiàn)夾渣、晶粒粗大、羽毛狀晶等缺陷，但由于精煉過程中除氣效果不佳，475℃+9 h均質處理后，鑄造樣品的頭、尾端表面出現(xiàn)大量氣泡，如圖1所示。經(jīng)分析，可能是除氣效果不佳。

圖1 首批鑄棒均質處理后表面圖片F(xiàn)ig.1 Surface of the first batch of rods casting after homogenization

第二批熔鑄時，延長15～20 min通氬氣時間，增加精煉劑和覆蓋劑的使用量，在520℃×8 h均勻化退火處理后，表面質量得到了明顯改善，如圖2所示。

圖2 第二批熔鑄均質處理后棒頭棒尾表面圖片F(xiàn)ig.2 Surface of the second batch of rod cast after homogenization

圖3(a)～(d)為改進鑄造工藝后的5754鋁合金鑄棒分別經(jīng)過480℃、500℃、520℃和540℃保溫6 h后的金相組織?？梢钥闯觯?754鋁合金組織在溫度不超過520℃的均質工藝下枝晶得到舒展，晶粒組織良好。而在540℃的均質溫度下，組織發(fā)生了明顯的過燒現(xiàn)象，如圖3(d)中箭頭所指，三角晶界出現(xiàn)熔化。綜合考慮，5764鋁合金適宜的均勻工藝為520℃保溫6～8 h。

圖3 5754合金鑄棒在不同均質工藝下的金相組織Fig.3 Metallographic microstructures of 5754 aluminum alloy under different homogenization processes

2.2 擠壓工藝

5754鋁合金總合金元素含量在3.5%左右，屬中等合金化鋁合金成分，可擠壓性偏低，擠壓溫度范圍比常用的6系鋁合金窄，因此擠壓時需嚴格控制擠壓工藝。試驗選用的擠壓生產工藝參數(shù)如表2所示，擠壓后拉伸矯直一般控制在1%～1.5%。5754鋁合金為不可熱處理鋁合金，力學性能檢測結果如表4所示?？梢钥闯觯m宜的擠壓棒溫在465℃～500℃，與擠壓速度相匹配的出料口溫度應高于480℃，此時合金的強度滿足要求，斷后延伸率保持在20.0%以上。

表2 擠壓生產工藝參數(shù)和力學性能Tab.2 Extrusion process parameter and mechanical properties

2.3 表面噴砂及氧化處理工藝

建筑用5754鋁型材在擠壓后一般需要進行噴砂和氧化處理。為了保證型材的噴砂均勻穩(wěn)定，噴砂前，檢查噴砂機是否正常、砂量是否足夠、砂內是否有雜物，合理調整打砂速度，一般控制在2～6 m/min進料速度，料與料的間距控制在10 cm以上寬度，統(tǒng)一方向擺放，如圖4所示。

圖4 型材打砂及打砂參數(shù)控制Fig.4 Profiles sanding and sanding parameter control

為了保證氧化均勻性，氧化前上排必須要單面扎排，除油、堿蝕后進行氧化，氧化電壓16～18 V，氧化電流密度130～150 A/m2，槽液溫度控制在20℃±1℃。下排前每批次必須檢測氧化膜厚、表面顏色、染斑實驗，色差值和光澤度符合要求才能正常下排包裝。氧化結束后檢測表面質量和膜厚，符合要求后再流轉下一工序。經(jīng)過以上工藝生產的建筑用5754鋁合金型材表面處理和力學性能符合要求。

3 結束語

5754合金屬于高鎂合金，鎂錠添加量較多，鎂錠在投爐過程中要壓入鋁液，以盡量避免加入鎂錠時與空氣接觸產生燃燒，減少燒損，確保合金成份穩(wěn)定。為更好地達到除氣效果，推薦2～3次精煉，通氬氣時間按20～25 min控制，加大精煉劑和覆蓋劑的用量；鑄造過程中在流槽和流盤撒上一層覆蓋劑，減少二次污染，減少鑄棒熔體的渣、氣含量。在540℃均質后發(fā)生過燒，適宜的均質工藝為520℃保溫6～8 h。鋁棒溫度控制在465℃～500℃，與擠壓速度配合的出口溫度應在480℃以上，此時型材的抗拉強度≥190 MPa，屈服強度≥90 MPa，斷后延伸率保持在20.0%以上。噴砂和陽極氧化時，噴砂進料速度宜控制在2～6 m/min，陽極氧化電壓16～18 V，氧化電流密度130～150 A/m2，槽液溫度20℃±1℃。在臥式線上排時，必須要單面扎排，保證氧化后的膜厚均勻性；下排前，每批次抽檢氧化膜厚、色差值和光澤度，符合要求才能流轉。