Feinsteuerung der Schmelz- und Gießprozesse von Aluminiumlegierungen: eine umfassende Analyse der Einführung der 6063-Aluminiumlegierung.

Die Kontrolle der Zusammensetzung von Aluminiumlegierungen ist der Schlüssel zur Gewährleistung der Materialleistung. Im Produktionsprozess der Aluminiumlegierung 6063 müssen neben der Kontrolle des Gehalts an Hauptlegierungselementen, wie z. B. dem Verhältnis von Magnesium und Silizium, auch Verunreinigungselemente wie Eisen, Kupfer, Mangan usw. streng kontrolliert werden. Obwohl diese Elemente in Spurenmengen kaum Einfluss auf die Legierungseigenschaften haben, beeinträchtigen sie, sobald sie einen bestimmten Grenzwert überschreiten, die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit des Materials erheblich. Insbesondere bei Zink, wenn sein Gehalt 0,05 % übersteigt, treten nach der Oxidation weiße Flecken auf der Oberfläche des Profils auf, daher ist die Kontrolle des Zinkgehalts besonders wichtig.

Die chemische Zusammensetzung der Aluminiumlegierung 6063 basiert auf der Norm GB/T5237-93, die hauptsächlich 0,2–0,6 % Silizium, 0,45–0,9 % Magnesium und bis zu 0,35 % Eisen enthält. Bei dieser Legierung handelt es sich um eine wärmebehandelbare, verstärkte Aluminiumlegierung, deren Hauptverfestigungsphase Mg2Si ist. Während des Abschreckprozesses bestimmt die Menge an Mg2Si in fester Lösung die endgültige Festigkeit der Legierung. Die eutektische Temperatur beträgt 595°C. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die maximale Löslichkeit von Mg2Si 1,85 % und sinkt bei 500 °C auf 1,05 %. Dies zeigt, dass die Kontrolle der Abschrecktemperatur entscheidend für die Festigkeit der Legierung ist. Darüber hinaus hat das Verhältnis von Magnesium zu Silizium in der Legierung einen erheblichen Einfluss auf die Feststofflöslichkeit von Mg2Si. Um eine hochfeste Legierung zu erhalten, muss sichergestellt werden, dass das Verhältnis Mg:Si weniger als 1,73 beträgt.

Das Schmelzen ist der wichtigste Prozessschritt bei der Herstellung hochwertiger Gussstäbe. Die Schmelztemperatur der Aluminiumlegierung 6063 sollte streng zwischen 750 und 760 °C liegen. Eine zu niedrige Temperatur führt zur Bildung von Schlackeneinschlüssen, während eine zu hohe Temperatur das Risiko der Wasserstoffaufnahme, -oxidation und -nitrierung erhöht. Die Löslichkeit von Wasserstoff in flüssigem Aluminium steigt oberhalb von 760 °C stark an. Daher ist die Kontrolle der Schmelztemperatur der Schlüssel zur Reduzierung der Wasserstoffaufnahme. Darüber hinaus sind auch die Auswahl des Flussmittels und der Einsatz der Veredelungstechnologie von entscheidender Bedeutung. Die derzeit auf dem Markt befindlichen Flussmittel sind hauptsächlich Chlorid und Fluorid. Diese Flussmittel nehmen leicht Feuchtigkeit auf. Daher müssen die Rohstoffe während der Produktion trocken gehalten, versiegelt und verpackt und ordnungsgemäß gelagert werden. Die Pulversprühveredelung ist derzeit die Hauptmethode zur Veredelung der Aluminiumlegierung 6063. Durch diese Methode kann das Raffinationsmittel vollständig mit der Aluminiumflüssigkeit in Kontakt kommen, um seine Wirksamkeit zu maximieren. Der bei der Pulverraffinierung verwendete Stickstoffdruck sollte so niedrig wie möglich sein, um das Risiko einer Oxidation und Wasserstoffaufnahme zu verringern.

Das Gießen ist ein wichtiger Schritt zur Bestimmung der Qualität gegossener Ruten. Durch eine angemessene Gusstemperatur kann das Auftreten von Gussfehlern vermieden werden. Für Flüssigkeiten aus der Aluminiumlegierung 6063, die einer Kornverfeinerungsbehandlung unterzogen wurden, kann die Gießtemperatur entsprechend auf 720–740 °C erhöht werden. Dieser Temperaturbereich begünstigt das Fließen und Erstarren von flüssigem Aluminium und verringert gleichzeitig das Risiko von Poren und groben Körnern. Während des Gießvorgangs sollten Turbulenzen und Rollen der Aluminiumflüssigkeit vermieden werden, um ein Aufreißen des Oxidfilms und die Entstehung von Schlackeneinschlüssen zu verhindern. Darüber hinaus ist das Filtern der Aluminiumflüssigkeit eine wirksame Methode zur Entfernung nichtmetallischer Schlacke. Es sollte sichergestellt werden, dass der Oberflächenschlamm der Aluminiumflüssigkeit vor der Filtration entfernt wird, um eine reibungslose Filtration zu gewährleisten.

Die Homogenisierungsbehandlung ist ein wichtiger Wärmebehandlungsprozess, um Gussspannungen und Ungleichgewichte in der chemischen Zusammensetzung innerhalb der Körner zu beseitigen. Eine Nichtgleichgewichtskristallisation führt zu Gussspannungen und einem Ungleichgewicht der chemischen Zusammensetzung zwischen den Körnern. Diese Probleme beeinträchtigen den reibungslosen Ablauf des Extrusionsprozesses sowie die mechanischen Eigenschaften und Oberflächenbehandlungseigenschaften des Endprodukts. Die Homogenisierungsbehandlung fördert die Diffusion von Aluminiumlegierungselementen von den Korngrenzen in die Körner, indem die Wärme auf hohen Temperaturen gehalten wird, wodurch eine Gleichmäßigkeit der chemischen Zusammensetzung innerhalb der Körner erreicht wird. Die Größe der Körner hat einen erheblichen Einfluss auf die Dauer der Homogenisierungsbehandlung. Je feiner die Körner, desto kürzer ist die Homogenisierungszeit. Um die Kosten der Homogenisierungsbehandlung zu senken, können Maßnahmen wie Kornverfeinerung und Optimierung der Segmentierungssteuerung des Heizofens ergriffen werden.

Die Herstellung der Aluminiumlegierung 6063 ist ein komplexer Prozess, der eine strenge Kontrolle der Zusammensetzung, eine ausgefeilte Schmelz- und Gießtechnologie sowie eine kritische Homogenisierungsverarbeitung erfordert. Durch die umfassende Berücksichtigung und Steuerung dieser Schlüsselfaktoren können qualitativ hochwertige Gussstangen aus Aluminiumlegierungen hergestellt werden, die eine solide Materialbasis für die anschließende Profilproduktion bieten. Mit der Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie und der Optimierung von Prozessen wird die Herstellung von Aluminiumlegierungen effizienter und umweltfreundlicher und leistet einen größeren Beitrag zur Entwicklung der modernen Industrie.