1、Al-Mg-Si合金的基本特点：

GB/T5237-93标准中6063铝合金的化学成分为硅0.2-0.6%、镁0.45-0.9%，铁最高限量0.35%，其余杂质元素（Cu、Mn、Zr、Cr等）均小于0.1%。这个成分范围很宽，还有很大的选择余地。

6063铝合金是属于铝-镁-硅系的可热处理强化铝合金，在由Al-Mg-Si组成的三元系中，不存在三元化合物，只有Mg2Si和两种二元化合物，以α(Al)-Mg2Si拟二元截面为界，形成α(Al)-Mg2Si-(Si)和α(Al)-Mg2Si-两个三元系。

在Al-Mg-Si系合金中，主要强化相为Mg2Si。合金在淬火时，基体中溶解的Mg2Si越多，合金时效后的强度越高。在α(Al)-Mg2Si拟二元相图上，共晶温度为595℃，Mg2Si的最大溶解度为1.85%，500℃时为1.05%。可见温度对Mg2Si在Al中的溶解度影响很大。淬火温度越高，时效后的强度越高。反之，淬火温度越低，时效后的强度越低。有些铝型材厂生产的型材化学成分合格，但强度达不到要求。其原因是铝加热温度不够或外热内冷，导致型材淬火温度过低。

在Al-Mg-Si系列合金中，强化相Mg2Si中镁与硅的重量比为1.73。若合金中存在过量的镁（即Mg：Si>1.73），镁会降低Mg2Si在铝中的固溶度，从而降低合金中Mg2Si的强化作用。若合金中存在过量的硅，即Mg：Si<1.73，硅对Mg2Si在铝中的固溶度没有影响。由此可见，要获得更高强度的合金，需Mg：Si<1.73。

2.合金成分的选择

1、合金元素含量的选择

6063合金的成分范围很广，除了考虑力学性能、加工性能外，具体成分还应考虑表面处理性能，即型材怎样处理，获得什么样的表面。例如生产磨砂料，Mg/Si应小一些，一般在Mg/Si=1-1.3范围内，因为相对过剩的Si较多，有利于型材获得砂面；若生产光亮料、彩色料、电泳漆料，Mg/Si最好在1.5-1.7范围内，因为过剩的硅较少，型材耐腐蚀性能好，且容易获得光亮表面。

另外，铝型材挤压温度一般选择在480℃左右，因此合金元素镁、硅的总量应在1.0%左右。这是因为在500℃时，Mg2Si在铝中的固溶度只有1.05%。合金元素含量过多，会造成淬火时Mg2Si不能完全溶解到基体中，产生大量未溶解的Mg2Si相。这些Mg2Si相对合金强度影响不大，但会影响型材的表面处理性能，给型材的氧化、着色（或涂漆）带来麻烦。

2.杂质元素的影响

①铁：铁是铝合金中的主要杂质元素，6063合金中，国家标准规定铁含量不得超过0.35，如果生产中使用一级工业铝锭，铁含量一般可以控制在0.25以下，但如果为了降低生产成本而大量使用回收的废铝或不合格铝，铁含量很容易超标。

Fe在铝中有两种存在形式，一种是针状（或片状）组织的β相（），一种是粒状组织的α相（）。不同的相结构对铝合金的影响不同，片状组织的β相比粒状组织的α相破坏性大得多。β相能使铝型材表面变得粗糙，力学性能和耐蚀性变差，氧化后的型材表面发蓝，光泽度降低，着色后得不到纯正的颜色。因此必须控制铁含量。

为了减少铁的有害影响，可以采取以下措施：

②其他杂质元素：其他杂质元素在电解铝锭中非常少见，远低于国家标准，使用回收废铝时可能会超标；生产中不但要控制每种元素不超标，还必须控制杂质元素的总量不超标。当单一元素含量不超标，但总量超标时，这些杂质元素对型材质量也有很大影响。特别要强调的是，实践表明，当锌含量达到0.05时（国家标准不大于0.1），型材氧化后表面会出现白斑，所以锌含量必须控制在0.05以下。

3、6063铝合金的熔炼

1.控制熔炼温度

铝合金冶炼是生产优质铸棒最重要的工艺环节之一，若工艺控制不当，铸件将产生夹渣、气孔、晶粒粗大、羽毛晶等各类铸造缺陷，因此必须严格控制。

6063铝合金的最佳熔炼温度在750-760℃之间。温度过低会增加夹渣的生成，温度过高会增加吸氢、氧化、氮化烧损等。研究表明，760℃以上铝液中氢的溶解度急剧上升。减少吸氢的方法很多，如烘干熔炼炉和熔炼工具，防止熔剂受潮变质等。但熔炼温度是最敏感的因素之一，熔炼温度过高不仅浪费能源、增加成本，而且是造成气孔、晶粒粗大、羽毛晶等缺陷的直接原因。

2.选择优良的熔剂和合适的精炼工艺

熔剂是铝合金冶炼中用到的重要辅助材料，市场上销售的熔剂主要成分是氯化物和氟化物。氯化物吸水性强，易受潮。因此，生产熔剂所用的原料必须干燥，彻底除潮，包装必须密封，运输、贮存过程中防止破损。还必须注意生产日期，如果贮存日期过长，也会出现吸潮现象。在6063铝合金冶炼中废铝熔炼，所用的除渣剂、精炼剂、覆盖剂等熔剂如果吸潮，铝液都会不同程度地吸氢。

选择好的精炼剂和合适的精炼工艺也是非常重要的，目前6063铝合金的精炼大多采用粉末喷雾精炼，这种精炼方式可以使精炼剂与铝液充分接触，可以使精炼剂发挥最大的效果。虽然这个特点很明显，但是精炼工艺也必须注意，否则达不到应有的效果。粉末喷雾精炼所用的氮气压力最好小一些，最好能满足吹出粉末的要求。如果精炼所用的氮气不是高纯氯气（99.99%N2），吹入铝液的氮气越多，由于氟气中的水分，铝液产生的氧化和吸氢作用就越大。

另外氟气压力高，铝液产生大的翻滚波纹，增加了氧化夹渣的可能性。若使用高纯氮气精炼，精炼压力高，产生的气泡大，大气泡在铝液中的浮力大，气泡上浮快，在铝液中的停留时间短废铝熔炼，除氢效果不好，浪费氮气，增加成本。所以应少用氮气，多用精炼剂。多用精炼剂只有好处没有坏处。粉末喷雾精炼的要点是尽量用少的气体，向铝液中喷入尽可能多的精炼剂。

3. 晶粒细化

晶粒细化是铝合金铸造中最重要的工序之一，也是解决气孔、晶粒粗大、亮晶、羽毛晶、裂纹等铸造缺陷最有效的措施之一。合金铸造中，都是非平衡晶体，大多数杂质元素（当然也包括合金元素）都富集在晶界上。晶粒越小，晶界面积越大，杂质元素（或合金元素）的均匀性要求就越高。

对于杂质元素来说，高的均匀性可以降低其有害作用，甚至能将少量杂质元素的有害作用转化为有益作用；对于合金元素来说，高的均匀性可以发挥合金元素更大的合金效率，达到充分利用资源的目的。

6063铝合金在生产中，对于磨砂材料来说，由于型材需要通过腐蚀产生均匀的砂面，因此合金元素及杂质元素的均匀分布尤为重要，晶粒越细小，合金元素（杂质元素）分布越均匀，腐蚀后得到的砂面也就越均匀。

4、6063铝合金铸造

1、选择合理的浇铸温度：合理的浇铸温度也是生产出优质铝棒的重要因素，温度过低容易产生夹渣、针孔等铸造缺陷，温度过高容易产生晶粒粗大、羽毛晶等铸造缺陷。

6063铝合金液经晶粒细化处理后的浇铸温度可适当提高，一般可控制在720-740℃之间。这是因为：①铝液经晶粒细化处理后，具有黏稠性，易于凝固结晶；②浇铸时铝棒结晶前沿存在液固两相过渡区，浇铸温度较高，过渡区较窄，过渡区窄，有利于结晶前沿排出的气体逸出。当然温度也不宜过高，浇铸温度过高，会使晶粒细化剂的有效时间缩短，使晶粒相对变大。

2、有条件的话，应对浇铸系统包括流槽、导流板等进行充分预热和干燥，防止水分与铝液发生反应引起吸氢。

3、浇铸时尽量避免铝液的湍流和翻滚，不要用工具轻易搅动流道及导流板内的铝液，让铝液在表面氧化膜的保护下，平稳地流入结晶器进行结晶。这是因为工具对铝液的搅动和液流的翻滚，会使铝液表面氧化膜破裂，产生新的氧化，同时将氧化膜翻滚到铝液中。研究表明，氧化膜有极强的吸附能力，含有2%的水分，当氧化膜翻滚到铝液中时，氧化膜中的水分与铝液发生反应，造成吸氢、夹渣等现象。

4、过滤铝液。过滤是除去铝液中非金属渣最有效的方法。在6063铝合金铸造中，一般采用多层玻璃布过滤或陶瓷滤板过滤。无论采用哪种过滤方式，为保证铝液能正常过滤，过滤前应除去铝液表面浮渣，因为表面浮渣极易堵塞滤料滤网，使过滤无法正常进行。除去铝液表面浮渣最简单的方法是在流槽中设置挡渣板，在过滤铝液前除去浮渣。

5、6063铝合金均匀化处理

1. 非平衡结晶

在铸造生产中，冷却凝固速度快，合金元素的扩散速度低于结晶速度，即固相组成不是按照CD变化，而是按照CD'变化，产生晶粒内部化学组成的不平衡，引起非平衡结晶。

2. 非平衡结晶引起的问题

铸造生产的铝合金棒材内部组织存在两个问题：①晶粒间的铸造应力；②非平衡结晶引起的晶粒内化学成分不平衡。由于这两个问题的存在，挤压变得困难，同时挤压制品的力学性能和表面处理性能下降。因此，铝棒在挤压前必须进行均匀化处理，以消除铸造应力和晶粒内化学成分不平衡。

3. 同质化

均匀化处理是通过对铝棒进行高温（低于过烧温度）保温，消除铸造应力和晶粒内化学成分不平衡的热处理。Al-Mg-Si系合金的过烧温度应为595℃，但由于杂质元素的存在，实际6063铝合金不是三元系，而是多元系，因此实际过烧温度低于595℃。6063铝合金的均匀化温度可在530-550℃之间选取，高温可缩短保温时间，节约能源，提高炉子的生产率。

4、晶粒尺寸对均匀化处理的影响

由于固体原子间的结合力很强，均匀化就是高温下合金元素由晶界（或边缘）向晶粒内扩散的过程，这个过程很缓慢。容易理解，粗晶粒的均匀化时间比细晶粒的均匀化时间长得多，所以晶粒越细，均匀化时间越短。

5、均质处理的节能措施

均质处理需要在高温下长时间保温，耗能大，加工成本高，因此大部分型材厂不对铝棒进行均质处理，最主要的原因就是均质处理需要花费高昂的成本。

降低均质处理成本的主要措施有：

综上所述，要生产出优质的6063铝合金铸棒，首先要根据所生产的型材选择合理的配料，其次要严格控制熔炼温度和浇铸温度，做好晶粒细化、合金液精炼、过滤等工艺措施，细心操作，避免氧化膜的破裂和卷入，最后对铝棒进行均质处理，这样才能生产出优质的铝棒，为生产出优质的型材提供可靠的物质基础。