Die Aluminiumlegierung 6063 wird hauptsächlich zum Extrudieren von Architekturprofilen verwendet. Zu den metallurgischen Mängeln seiner Barren zählen Risse, Lunker, Schlackeneinschlüsse, Porosität, helle Körner, federartige Körner, grobe Körner usw. Diese metallurgischen Mängel beeinträchtigen die Ausbeute der Rundbarrenproduktion und die Endproduktrate während der Extrusion in unterschiedlichem Maße und verursachen erhebliche wirtschaftliche Verluste für das Unternehmen. Daher ist es unbedingt erforderlich, das Auftreten der oben genannten metallurgischen Mängel zu verhindern.
Bei der Makrostrukturprüfung von 6063-Aluminiumlegierungsbarren werden helle Körner gefunden. Auf der Bruchfläche der Probe erscheinen sie als unregelmäßige hell-helle Flecken, die sich hauptsächlich an der Wurzel des Barrens konzentrieren. Sie zeichnen sich durch eine grobe Kornstruktur, wenige intrakristalline gelöste Stoffe und eine blassweiße Farbe aus, unterscheiden sich erheblich von der normalen Kristallstruktur und entstehen während der Gießphase.
1. Ursachen der hellen Kornbildung
1.1 Chemische Zusammensetzung
6063 ist eine niedrig-legierte Al-Mg-Si-Legierung mit hoher-Plastizität. Während des Chargendosierungsprozesses wurde 6061-Legierungsschrott mit 0,24–0,32 % Kupfer (Cu) aufgrund einer Fehlbedienung hinzugefügt, wodurch die Bedingungen für die Bildung von hellen Korndefekten in 6063-Aluminiumlegierungsbarren geschaffen wurden, wie in Tabelle 1 gezeigt.
1.2 Niedrige Gießtemperatur
Um die Formbarkeit und Oberflächenqualität des Barrens zu verbessern, wird die Gießtemperatur häufig relativ niedrig gehalten. Dies führt während des Gießens zu einer niedrigeren Temperatur im Formhohlraum, wodurch sich die unterkühlte Zone im Hohlraum bis zum unteren Bereich der Übergangsplatte ausdehnt, wo Dendriten zuerst kristallisieren. Diese Dendriten wachsen über einen langen Zeitraum im Hohlraum und bilden helle Körner. Die Wachstumsrate heller Körner ist sehr langsam, und da das umgebende geschmolzene Metall ständig erneuert wird, ändert sich die Zusammensetzung der Flüssigkeit in diesem Bereich während der Kristallisation nicht wesentlich. Der Konzentrationsunterschied zwischen den hellen Körnern und der flüssigen Phase bleibt so wie zu Beginn der Kristallisation, wodurch die hellen Körner zu einer lösungsarmen Aluminium-Mischkristalllösung werden (1).
1.3 Niedrige Gussschalentemperatur
Aufgrund der Produktionseigenschaften von Rundbarren aus der Aluminiumlegierung 6063, bei denen es lange Abstände zwischen Ofenchargen und Gießzyklen gibt, befinden sich die Gießwannen immer in einem kalten Zustand. Dies führt zu einer niedrigeren Schmelzetemperatur in der Form zu Beginn des Gusses. Die zunächst kristallisierten hellen Körner haften dann an der Transferplatte und wachsen nach und nach. Wenn sie eine bestimmte Größe erreichen, fallen sie in den Barren und bilden am Boden des Barrens helle Kornfehler.
1.4 Kristallisator
Der beim Gießen der Aluminiumlegierung 6063 verwendete Kristallisator ist ein kurzer Kristallisator vom Typ Wasserauge. Das zirkulierende Wasser ist verschmutzt, die Wassertemperatur ist hoch und die Konzentrationen an Ca²⁺- und Mg²⁺-Ionen sind relativ hoch. Dies führt beim Gießen zu einer teilweisen Verstopfung des Wasserauges, was zu ungleichmäßigen Temperaturen der Schmelze um den Barren herum führt, was zu Schwankungen im Metallfluss und einer ungleichmäßigen Verteilung innerhalb des Kristallisators führt. Bei lokal niedrigeren Gießtemperaturen variiert die Erstarrungsgeschwindigkeit der Schmelze und es entstehen helle Körner.
2 Vorbeugende Maßnahmen
Basierend auf der obigen Analyse haben wir folgende Maßnahmen ergriffen:
(1) Reinigen Sie den Ofen gründlich, wenn Sie den Produkttyp wechseln.
(2) Legierungsschrott unterschiedlicher Art getrennt lagern und bei der Aufbereitung der Schmelze nur Schrott gleicher Art oder ähnlicher Zusammensetzung hinzufügen.
(3) Stärkung des Prozessbetriebsmanagements. Vor dem Gießen die Strömungskanäle, die Verteilerplatte, die Strömungsrohre und die Übergangsplatten mit einem Petroleum-Flüssiggasbrenner ausheizen, bis sie glühend heiß sind.
(4) Ändern Sie das Filter- und Kühlsystem des zirkulierenden Wassers und nutzen Sie dabei die Station für enthärtetes Wasser voll aus, um sicherzustellen, dass die Qualität und Temperatur des zirkulierenden Wassers sowie die Konzentrationen von Ca, Mg und anderen Ionen den Anforderungen für Gießvorgänge entsprechen, und beseitigen Sie so metallurgische Defekte, die durch zirkulierendes Wasser in den Gussbarren verursacht werden. Diese Mängel werden durch einen hohen Cu-Gehalt in der Charge, eine niedrige Schmelztemperatur beim Eintritt in die Formen, eine schlechte Vorwärmung der Verteilerplatte und eine unzureichende Kühlung der Barren durch zirkulierendes Wasser verursacht.
(5) Durch Anpassen des Cu-Gehalts in der Charge, entsprechendes Erhöhen der Gießtemperatur und -geschwindigkeit, Vorwärmen und Backen der Gießwerkzeuge vor dem Gießen und verstärkte Kontrolle der Qualität des zirkulierenden Wassers können die hellen Kornfehler in Barren aus der Aluminiumlegierung 6063 vollständig beseitigt werden.
