在擠壓鋁型材表面諸多缺陷中，條紋缺陷是一種常見病，多發(fā)病。由于條紋缺陷種類繁多，產生的原因各異，形成的機理也較復雜，解決這種缺陷也是鋁型材生產中的一個技術難點。另外，在GB5237鋁合金建筑鋁型材國家標準中沒有對條紋缺陷作出明確的規(guī)定，顧客和生產企業(yè)也因此容易產生糾紛。但是，在以買方為市場的商品經濟的今天，讓顧客滿意是不容質疑的真理。因此，生產廠家應千方百計生產讓顧客滿意的鋁型材，才能在激烈的竟爭中生存和發(fā)展。下面簡單介紹一下6063鋁合金鋁型材組織條紋缺陷的攻關小結。此處所講組織條紋是指固體金屬焊合良好，但由于其組織發(fā)生變化，而在氧化處理后呈現出來的條紋缺陷。

1 6063鋁合金鋁型材組織條紋缺陷的攻關立項

公司請來一位專家，“為了提高生產效率”，下令將鑄棒溫度提高到530℃，實施高溫快速擠壓，檢測鋁型材出口溫度為570℃。當時，幕墻生產任務很多，霎時之間氧化料架上擺滿了有黑色條紋缺陷的鋁型材。組織條紋多產生在模橋底下或“T”型或壁厚急驟變化的位置的鋁型材表面上，其寬度要比焊縫寬，其寬度越寬，顏色越深，其程度即越嚴重；氧化白料，有時從一個方向看是白條，而從另一方向看是黑條，著色料在鋁型材表面呈現淺色條紋。專家說是氧化沒把鋁型材上的“臟東西”腐蝕掉，形成黑色條紋，責令氧化返工，加重腐蝕。返工出來后，黑色條紋比原來的還嚴重；專家又說是熔鑄鑄棒質量不好，帶進“臟東西”造成鋁型材產生黑色條紋。專家親自監(jiān)督，用100％鋁錠生產二爐精品鑄棒。然而，氧化出來的鋁型材仍然有黑色條紋；專家又說：“擠壓墊間隙太大，盛錠筒氧化皮嚴重，帶進鋁型材產生黑色條紋。”一時間，清缸墊每次將直徑加大0.3㎜，加大了幾次，最后一次，擠壓墊很困難擠進盛錠筒，并由于受熱膨脹而把盛錠筒內壁劃傷了，但鋁型材仍然出現黑色條紋。致使氧化車間的月廢品一下子從2噸猛增到20幾噸，尤其是155幕墻合同承諾每超過一天交貨期要罰款兩萬元。因此，公司決定由總工程師任組長，成立攻關組，對6063鋁合金鋁型材組織條紋缺陷立項攻關。

圖為：無條紋缺陷合格的鋁合金圓管型材





擠壓條紋的形成主要是由于擠壓材料和模具的黏附及摩擦作用,在擠壓過程中工作帶表面不可避免的黏附一定厚度的黏附層,黏附層的主要成份是Al、Fe、Si.黏附層的存在對臍壓條紋產生有著至關重要的影響.工作帶表面硬度高、抗黏性能好,擠壓條紋越少.垂直槽痕的工作帶表面可以形成薄且均勻的黏附層,型材表面的擠壓條紋少.隨著擠壓的進行,模具溫度升高,工作帶硬度下降,抗黏性能降低,型材表面易產生擠壓條紋.液氮冷卻可以有效地抑制型材表面擠壓條紋的產生.氮化模具雖能延緩黏附層的形成,但隨著擠壓的進行,氮化膜剝落,促使擠壓條紋的產生.采用激光表面改性處理,對模具工作帶進行表面重熔和表面涂敷合金,工作帶硬度和抗黏性能提高,型材表面擠壓條紋少.鑄錠表層的偏析物和粗大的Mg<,2>Si鑄造組織易劃傷模具工作帶,產生擠壓條紋.均勻化處理將粗大的Mg<,2>Si相溶解到固溶體中,隨后冷卻使Mg<,2>Si在固溶體內以細小質點均勻析出,改變鑄錠內部組織狀態(tài),減少偏析,型材表面擠壓條紋少.對合金成份和鑄錠對擠壓條紋的形成有一定的影響,但是當合金成份和鑄錠質量質量達到一定要求時,它們不是擠壓條紋的主要因素.

2 攻關方案及實施情況分析

2.1攻關組群策群立，分析產生鋁合金鋁型材組織條紋缺陷的機理

攻關組成員暢所欲言：過去也曾經個別出現組織條紋缺陷，但是，重來也沒有像現在這樣嚴重，因此，產生組織條紋主要原因是高溫快速擠壓：固體金屬在擠壓過程中，與模具摩擦總要產生摩擦熱，有些模橋斜著設置，其摩擦面積要比其它部分大些，并且模橋兩面受到固體金屬摩擦，急劇升溫，另外，一般模具廠忽視模橋的加工，其表面光度較差，導致與金屬摩擦激烈，所以模橋部位的金屬溫度要高些；T型位置比其他位置金屬流量大，并且該處金屬變形功增加，所以該處金屬溫度也要高些；在鋁型材壁厚急驟變化處，金屬流動速度產生差異，晶界滑移，晶粒破碎都會產生溫度上升，所以此處金屬溫度也要高些；總之，凡是金屬溫度比其他部位高的地方，在同樣冷卻條件下，其冷卻速度要慢一些，尤其是采用高溫快速擠壓，鋁型材溫度急聚提高，當其冷卻速度不能滿足T₅狀態(tài)要求時，即冷卻曲線與C曲線（Mg₂Si析出曲線）相交，有部分Mg₂Si就從鋁基體內析出，這些Mg₂Si在氧化預處理腐蝕過程中，又與腐蝕劑優(yōu)先發(fā)生反應，造成該處組織異于其他部位，在光的散射下，呈現出白條或黑條。

2.2制定攻關方案

攻關組決定必須嚴格貫徹執(zhí)行質量手冊，程序文件所規(guī)定的質量管理工作原則，并強調嚴肅工藝紀律，嚴格按工藝規(guī)程要求操作。攻關試驗是結合生產任務進行的。攻關組設計《鋁型材組織條紋攻關記錄》，包括：表頭設置，生產班組，生產日期，表內設置序號，鋁型材號，模具號，模具溫度，鑄棒溫度，盛錠筒溫度，擠壓初始出料口溫度，擠壓結束出料口溫度，擠壓速度，鋁型材硬度，表面質量等項目。攻關組成員按崗位分好工，各司其職、各負其責，作好記錄。攻關記錄是按每支鋁型材為單位。記錄標識是很重要的，如果把標識搞錯了，使得鋁型材質量最終結果與記錄的工藝參數不對應，用這個質量結果去分析工藝參數的影響，結果肯定是錯誤的，所以，決定鋁型材端頭都必須打號x-y-z，x為該鋁型材擠壓鑄棒爐號，y為該爐棒的鋁型材順序號，z為該只棒擠出鋁型材的順序號，說起來容易，一個班生產幾百支鋁型材，每一支都要打標號，每一支都要做原始記錄，每支鋁型材記錄十幾個數據，累積起來有幾千個數據，干起來確實是不容易的。但是，攻關組14天堅持一絲不茍地進行記錄，為攻關分析提供了可靠數據。

2.3攻關情況分析

2.3.1擠壓工藝對鋁合金鋁型材組織條紋缺陷的影響

擠壓鋁型材是高溫程型，我公司規(guī)定：鑄棒加熱溫度為450—500℃，模具加熱溫度為420—470℃，盛錠筒加熱溫度為420—440℃，幕墻鋁型材擠壓速度控制為10—20m/min,鋁型材出口溫度為500—530℃.嚴格按此工藝進行試驗，并密切注視擠出鋁型材表面質量，發(fā)現問題及時卸模，第一天鋁型材合格率達到53%，還有20幾%可以讓步接收，旗開得勝。同時也發(fā)現一些問題：

a.盡管嚴格按上述工藝進行試驗，連續(xù)生產20幾只鑄棒后，擠壓結束鋁型材出口溫度仍然達到570℃（該鋁型材組織條紋缺陷嚴重而報廢），這與業(yè)內傳統鋁型材出口溫度為500—530℃規(guī)定相矛盾。由于H13模具的回火溫度為580℃，鋁型材出口溫度如果達到570℃，模具工作帶溫度有可能達到580℃，若時間長了，會造成模具工作帶回火。經研究決定：將鋁型材出口溫度由500—530℃更改為500—560℃，并決定在擠壓后期，可以采用“涼棒”措施，使鑄棒表面溫度降低，以確保規(guī)定的鋁型材出口溫度。

b.經核對實驗記錄發(fā)現：凡是在突然加速或減速擠壓鋁型材處都會產生輕微或嚴重的組織條紋，因此，保持勻速擠壓對防止產生組織條紋缺陷是十分重要的。

c.鑄棒保溫時間不足，鋁型材也會產生組織條紋。在攻關后期，鋁型材質量已經穩(wěn)定了，突然出現一批較嚴重的組織條紋缺陷。經調查發(fā)現：由于模具不合格，將全爐鑄棒退出，重新加入與即將擠壓模具相匹配的鑄棒，加熱不到一小時，就生產了該批鋁型材。

2.3.2鋁型材結構對鋁合金鋁型材組織條紋缺陷的影響

為了共用138幕墻穿芯，設計者在138幕墻立柱主裝飾面上增加寬5mm,高17mm的兩個筋條作為155幕墻的主立柱。過去生產時，由于此位置比其他位置金屬流量大，并且該處金屬變形功增加，所以該處金屬溫度其他部分也要高些，而在主裝飾面上產生嚴重的組織條紋。這次生產前，與設計中進行溝通，將兩個筋條取消，使主裝飾面上產生的組織條紋消除。

有的鋁型材設計者不考慮鋁型材擠壓的工藝性能，在幕墻主立柱、橫梁的螺絲孔處突然加厚，直角連接，使該處金屬流動速度產生差異，晶界滑移，晶粒破碎都會產生溫度上升，而產生組織條紋。經與設計者進行溝通，將直角連接更改為斜坡過度，使該處的組織條紋大大減輕。

2.3.3擠壓模具對鋁合金鋁型材組織條紋缺陷的影響

通過實驗證明：擠壓模具的正確設計、精心加工、合理修模、及時氮化是防止組織條紋缺陷的關鍵措施。

a.擠壓模具正確設計，合理布局分流孔，合理確定工作帶的長度，及其長度變化的過渡，模橋滴水形，合理的焊合角，使焊合點落在焊合室平面上，在保證模具芯頭剛度，強度的情況下，加深焊合室的深度或擴大焊合室的斷面積，必要時采用“沉橋”，是防止組織條紋缺陷的基礎措施。155幕墻主立柱的模具，由三家企業(yè)提供，其焊合室的深度分別為15mm、16mm、18mm,生產的鋁型材都產生組織條紋，有一家將焊合室的深度提高為25mm，大大減輕了組織條紋的嚴重程度；

b.模具應嚴格按圖紙要求加工，尤其是注意提高分流孔的表面光度及模橋呈滴水形，改善固體金屬流動狀態(tài)，減少摩擦熱；

c.對于產生組織條紋的模具擠壓時，修模工應到現場了解模具出料情況，確定正確修模方案；修模工是手藝人，身懷絕技，親自觀察鋁型材出料瞬間的狀態(tài)要比觀察鋁型材出料料頭來確定修模方案的效果好得多；

d.擠壓模具按規(guī)定及時進行氮化，確保固體金屬合理的流動狀態(tài)；130系列幕墻主立柱產生組織條紋嚴重，形成頭號急件。查該模具卡片（質量檔案）后，發(fā)現該模具以前多次上機，每次質量很好，順利按計劃完成任務，只是在高溫快速擠壓后，使模具氮化層受損，然后上機十四次，累積擠壓了四百多支鑄棒，而沒有進行氮化。對該模具進行氮化后，確保固體金屬合理的流動狀態(tài)，消除了組織條紋缺陷。

2.3.4冷卻速度對鋁合金鋁型材組織條紋缺陷的影響

當設備的冷卻強度不足，其冷卻速度不能滿足鋁型材T₅狀態(tài)要求時，即鋁型材冷卻曲線與C曲線（Mg₂si析出曲線）相交，有部分Mg₂si就從鋁基體內析出，這些Mg₂si在氧化預處理腐蝕過程中，又與腐蝕劑優(yōu)先進行反應，造成該處組織異于其他部位，在光的散射下，呈現出白條或黑條。我們對幕墻進行試生產時，出料臺上下各設置6臺冷卻風機，鋁型材產生嚴重的組織條紋，在出料臺上下各增加5臺冷卻風機，增加了冷卻強度，大大減輕了組織條紋的嚴重程度。

2.3.5合金化學成分對鋁合金鋁型材組織條紋缺陷的影響

鋁型材出口溫度為500—560℃。在500℃時，6063鋁合金中Mg₂Si的最大溶解度為1.05%，這是平衡狀態(tài)下的最大溶解度，實際上，鋁型材的組織是非平衡狀態(tài)，影響Mg₂Si溶解度的因素很復雜，因此，Mg₂Si在6063鋁合金中的溶解度低于1.05%，。如果合金含Mg量過高以及其他因素影響，造成Mg₂Si不能完全溶解，容易產生組織條紋缺陷。

綜上所述，企業(yè)出現質量問題并不可怕，怕就怕沒有科學觀念，沒有認清問題的本質，主觀臆斷，盲人騎瞎馬，盲目瞎闖。攻關實踐證明：減輕、消除6063鋁合金鋁型材組織條紋缺陷是一個系統工程，只要針對消除產生組織條紋缺陷的真正原因采取糾正措施，即合理控制合金化學成分，鋁型材結構符合擠壓工藝要求，正確設計、精心加工、合理修模、及時氮化模具，嚴格按正確的工藝操作，快速冷卻，確保鋁型材T5狀態(tài)，鋁合金鋁型材組織條紋缺陷就一定會減輕或消除。

本文從鋁型材的結構、擠壓工藝參數、擠壓模具的模橋形狀、焊合室深度，氮化質量、鋁型材的冷卻速度、化學成分等方面論述了6003鋁合金鋁型材組織條紋的產生機理及防止措施。由于水平有限,不妥之處，,懇請各位專家指正。