Normes d'extrusion des noyaux de profilés en aluminium 6063

Sur le marché des profilés d'extrusion en alliage d'aluminium, l'alliage 6063 est considéré comme un matériau phare. Les statistiques montrent que les alliages de la série 6000 représentent plus de 70 % des parts de marché mondiales de l'extrusion d'alliages d'aluminium. Grâce à ses excellentes performances de mise en œuvre et à ses caractéristiques de traitement de surface, l'alliage 6063 est devenu le matériau de prédilection dans la construction, les transports, l'électronique et d'autres secteurs. La maîtrise des procédés d'extrusion standard est essentielle à la fabrication de profilés 6063 de haute qualité. Profilé en aluminiumCet article analysera en détail les points techniques clés du 6063. Profilé en aluminium Le procédé d'extrusion du point de vue des normes des matériaux, du flux de processus, des paramètres de processus et du contrôle de la qualité.

I. Normes de matériaux pour 6063 Alliage d'aluminium

1. Composition chimique

6063 Alliage d'aluminium appartient au système Al-Mg-Si des métaux forgés traitables thermiquement Alliage d'aluminiums, avec Mg₂Si comme principale phase de renforcement. Conformément à la norme nationale GB/T 3190-2020 « Composition chimique de l'aluminium corroyé et Alliage d'aluminiums”, la gamme de composition chimique de 6063 Alliage d'aluminium est indiqué dans le tableau ci-dessous :

Parmi ces éléments, le magnésium (Mg) et le silicium (Si) sont les principaux éléments de renforcement de l'alliage 6063. Le rapport massique idéal Mg/Si est d'environ 1,73, valeur à laquelle la proportion de la phase de renforcement Mg₂Si est maximale. Bien que le fer (Fe) soit un élément d'impureté, une teneur trop faible peut facilement entraîner des fissures à chaud lors de l'extrusion. Une quantité appropriée de Fe (0,15 % à 0,25 %) est bénéfique au procédé d'extrusion.

2. Normes de produits

Actuellement, les principales normes de produits mises en œuvre pour 6063 Profilé en aluminiumEn Chine, les normes en vigueur sont la série GB/T 5237 (profilés pour le bâtiment) et la norme GB/T 6892 (profilés industriels). La norme GB/T 5237 est divisée en six parties : substrat, profilés anodisés, profilés à revêtement électrophorétique, profilés à revêtement en poudre, profilés à revêtement fluorocarboné et profilés à isolation thermique.

Conformément à la norme GB/T 5237.1-2023, les propriétés mécaniques du substrat 6063-T5 sont les suivantes : résistance à la traction ≥ 200 MPa, limite d’élasticité ≥ 160 MPa et allongement à la rupture ≥ 8 %. Concernant les tolérances dimensionnelles, l’épaisseur de paroi du profil doit présenter un écart ≤ ± 0,15 mm, le jeu entre les plans est ≤ 0,3 mm/m et l’écart angulaire est ≤ ± 1°.

II Préparation par chauffage et extrusion des lingots

Le traitement de pré-extrusion repose essentiellement sur la sélection et le chauffage du lingot. Il est courant d'utiliser en priorité des lingots ayant subi un traitement d'homogénéisation. Le recuit d'homogénéisation standard est réalisé à 560 ± 20 °C pendant 4 à 6 heures, suivi d'un refroidissement par air pulsé ou par aspersion d'eau rapide après sortie du four. Après homogénéisation, la vitesse d'extrusion du lingot peut être considérablement augmentée, tout en optimisant ses propriétés mécaniques et son brillant de surface.

Lors de l'étape de chauffage, le contrôle de la température des lingots est crucial. Généralement, les réglages suivants sont utilisés : les lingots non homogénéisés sont chauffés entre 460 et 520 °C, et les lingots homogénéisés entre 430 et 480 °C. La température d'extrusion doit être ajustée en fonction des différentes sections transversales du produit, des taux d'extrusion et des types de filières. La température du fourreau d'extrusion est généralement maintenue entre 380 et 450 °C, et celle de la filière entre 450 et 500 °C.

III. Contrôle des paramètres du processus d'extrusion

1. Température d'extrusion

La température d'extrusion est le facteur de procédé le plus fondamental et le plus critique. Pour assurer une solution solide suffisante de la phase de renforcement Mg₂Si dans la barre d'aluminium lors de l'extrusion, la température du 6063 Alliage d'aluminium La température de la barre avant extrusion doit généralement être maintenue entre 460 et 510 °C. Les températures de traitement varient en fonction du traitement thermique et du type de filière.

Des études montrent que la température d'extrusion influe considérablement sur les propriétés mécaniques des profilés. Lorsque cette température augmente de 460 °C à 540 °C, la résistance à la traction et la limite d'élasticité du profilé varient significativement. Par ailleurs, des températures d'extrusion trop basses peuvent engendrer une taille de grain hétérogène lors de la recristallisation dynamique, affectant ainsi l'homogénéité de la microstructure. En production, il est donc essentiel de déterminer judicieusement la température d'extrusion pour chaque section transversale afin de garantir qu'elle reste dans la plage requise pour le traitement thermique de mise en solution.

2. Vitesse d'extrusion

La vitesse d'extrusion influe considérablement sur l'effet thermique de la déformation, l'uniformité de la déformation, les processus de recristallisation et de mise en solution, les propriétés mécaniques du produit et la qualité de surface. Une vitesse d'extrusion excessive peut engendrer des défauts tels que des piqûres et des fissures en surface, et accentuer l'hétérogénéité de la déformation du métal.

Plus précisément, lorsque la vitesse d'extrusion dépasse 12 m/min, les défauts de stries structurelles s'accentuent ; à 17 m/min, ces défauts deviennent encore plus marqués. En résumé, la vitesse d'extrusion optimale pour les profilés 6063 se situe généralement entre 10 et 30 m/min, mais en production, elle doit être déterminée en fonction de la complexité de la section transversale du profilé, de son épaisseur et de l'application prévue.

3. Influence du taux d'extrusion sur les propriétés mécaniques

Le taux d'extrusion (coefficient d'extrusion) est un indicateur quantitatif du degré de réduction de la section transversale de l'alliage dans la filière. Sa valeur influe directement sur les propriétés mécaniques du produit et sur l'uniformité du flux de métal. Les variations de température, de vitesse et de taux d'extrusion ont un impact significatif sur la résistance à la traction et la limite d'élasticité des pièces industrielles.Profil en LDans le cas de pièces comme les radiateurs, l'impact sur l'allongement après rupture est relativement faible. Le choix du taux d'extrusion doit prendre en compte des facteurs tels que la section transversale du produit, la conception de la filière et la capacité de l'extrudeuse.

IV. Points clés de la conception des matrices

La structure la plus courante des filières d'extrusion de profilés en aluminium 6063 est une filière à division de flux, dont les principaux composants sont l'orifice de division, le noyau de la filière, la chambre de soudage et la zone de travail. Cette dernière est un élément critique qui détermine les dimensions du profilé et la qualité de surface. Généralement, des tolérances négatives sont utilisées pour garantir que l'aluminium respecte les normes de tolérance et pour prolonger au maximum la durée de vie du moule. Une zone de travail trop courte entraîne une instabilité dimensionnelle du produit, provoquant facilement des défauts tels que des ondulations, une ovalisation et des indentations, ainsi qu'une usure prématurée du moule.

La surface de la zone de travail doit subir une nitruration ou un autre traitement thermique de surface, avec une rugosité minimale requise de Ra 0,8 à 0,4. Le diamètre de l'orifice du collecteur doit être directement proportionnel à la section du profil. Le dimensionnement de cet orifice doit être optimisé autant que possible sans compromettre la résistance du moule ni la qualité de surface du profil.

V Processus de trempe en ligne

1. Sélection de la méthode de refroidissement

L'alliage d'aluminium 6063 présente une faible sensibilité à la vitesse de refroidissement lors de la trempe et possède des propriétés d'« auto-trempe », permettant une trempe à l'air. Cependant, la vitesse de refroidissement influe considérablement sur les propriétés mécaniques finales du produit : pour assurer la formation d'une solution solide sursaturée et de lacunes dans le profilé d'aluminium, et pour obtenir les propriétés mécaniques spécifiées après vieillissement, la vitesse de refroidissement doit être suffisamment élevée. La vitesse de refroidissement minimale pour le renforcement de l'alliage 6063 est de 38 °C/min.

Pour les profilés d'une épaisseur supérieure à 5,0 mm, si le refroidissement par air seul s'avère insuffisant, une pulvérisation d'eau doit être ajoutée à la zone de sortie afin d'accélérer le refroidissement. Pour les profilés plus fins, le refroidissement par air seul est suffisant et les contraintes thermiques qu'il génère sont moindres, réduisant ainsi le risque de déformation longitudinale, de torsion et de distorsion transversale. Lors du refroidissement par pulvérisation, la couche de vapeur est rapidement rompue par action mécanique, assurant un refroidissement plus uniforme et prévenant efficacement les déformations par flexion et torsion des profilés de formes complexes pendant la trempe.

2. Exigences relatives à la température et à la durée de la trempe Pour réaliser une trempe en ligne, les conditions suivantes doivent être respectées : la température du produit extrudé avant sa sortie de la filière doit atteindre la plage de températures de traitement thermique de mise en solution de l’alliage ; le temps écoulé entre la sortie du produit de la filière et son entrée dans le dispositif de refroidissement ne doit pas excéder le temps de transfert de la trempe ; la température du produit extrudé à chaud après son passage dans le dispositif de refroidissement doit être inférieure à la température spécifiée de l’alliage.

Après son passage dans la zone de refroidissement de sortie et la zone de refroidissement de la plateforme de stockage, la température du profilé en aluminium doit descendre en dessous de 50 °C afin de garantir un refroidissement suffisant avant le redressage sous tension. Pour ce faire, la distance entre le dispositif de trempe et de refroidissement et la sortie de l'extrudeuse doit être aussi courte que possible, généralement inférieure à 1 mètre.

VI. Redressage sous tension. Après la sortie du profilé de la filière, une machine de traction est généralement utilisée pour un redressage synchrone. Cette machine applique une tension au produit extrudé tout en se déplaçant à la même vitesse que celui-ci. L'objectif est de réduire les irrégularités de longueur et les rayures lors de l'extrusion multi-fils, et d'éviter la torsion et la flexion du profilé après sa sortie de la filière. Le redressage sous tension élimine non seulement les irrégularités longitudinales du profilé, mais réduit également les contraintes résiduelles, améliore ses caractéristiques de résistance et préserve la qualité de sa surface. Le taux de traction est généralement limité à 1 %.

VII. Processus de vieillissement artificiel

1. Les profilés en aluminium 6063 sont principalement fournis en deux états de traitement : T5 et T6. Le traitement T5 consiste en un refroidissement à l’air et une trempe après extrusion, suivis d’un vieillissement artificiel incomplet, permettant d’obtenir une certaine résistance tout en conservant une bonne plasticité. Le traitement T6 consiste en un refroidissement à l’eau et une trempe après extrusion, suivis d’un vieillissement artificiel complet, permettant d’obtenir une résistance et une dureté maximales. Les prix des deux traitements diffèrent sensiblement, et leur choix doit reposer sur une analyse approfondie des performances mécaniques requises.

2. Paramètres de vieillissement

Le processus de vieillissement comprend principalement deux paramètres clés : la température et la durée de maintien. Un paramètre typique de vieillissement artificiel pour l’alliage 6063, tel que défini par un fabricant de profilés en aluminium, est le suivant :

Disponibilité | Température de vieillissement | Durée de conservation

T5 | 200 ± 5 °C | 120-140 minutes

T6 | 190 ± 5 ℃ | 160-180 minutes

Si la température de vieillissement est trop élevée ou trop basse, ou si la durée de maintien est trop longue ou trop courte, il en résultera un sur-vieillissement ou un sous-vieillissement de la microstructure, ce qui empêchera les propriétés mécaniques de répondre aux exigences standard. Le traitement de vieillissement requiert une température uniforme, avec un écart de température ne dépassant généralement pas ±3-5 °C.

Pour les profilés à parois épaisses (≥ 2,5 mm), le temps nécessaire pour atteindre la température de maintien est de 25 à 30 minutes supérieur à celui des profilés à parois minces. Il est donc nécessaire d'allonger ce temps en conséquence lors de la production. Le processus de pré-vieillissement est également crucial. Les profilés d'un même cadre doivent être espacés de manière adéquate afin d'éviter tout enchevêtrement, de garantir une bonne circulation de l'air dans le four de vieillissement et d'empêcher tout écart de température supérieur à 5 °C.

VIII. Inspection du produit fini. Conformément aux normes nationales, les profilés en aluminium 6063 finis doivent subir de multiples essais de performance. Leurs propriétés mécaniques sont testées par des essais de traction afin de déterminer la résistance à la traction, l'allongement non proportionnel spécifié et l'allongement après rupture. Les propriétés de surface comprennent l'épaisseur du film anodisé et l'adhérence du revêtement. Les dimensions sont mesurées à l'aide de pieds à coulisse, de projecteurs et d'autres outils pour garantir la conformité à la norme GB/T 14846 « Tolérances dimensionnelles des profilés en aluminium ». Tous les rapports d'essais doivent être accrédités CMA/CNAS et constituent des documents essentiels pour la livraison des profilés et la réception du projet.

VII. Conclusion Le procédé d'extrusion des profilés en aluminium 6063 est un système complet comprenant la sélection du matériau, le chauffage du lingot, le contrôle de la température et de la vitesse, la conception de la filière, la trempe et le refroidissement, le redressage par traction, le traitement de vieillissement et le contrôle du produit fini. Chaque étape est soumise à des normes nationales et à des paramètres de procédé spécifiques, définis comme spécifications et lignes directrices.