鋁合金擠壓制品在線淬火技術(shù)分析

呂懷成

摘 要：伴隨經(jīng)濟(jì)社會的迅猛發(fā)展，鋁合金擠壓制品大量運(yùn)用，尤其是工業(yè)用的熱處理強(qiáng)化鋁合金制品需求日益增多，鋁合金擠壓制品在線淬火的重要性逐漸凸顯出來。本文就鋁合金擠壓制品在線淬火技術(shù)進(jìn)行深入地分析。

關(guān)鍵詞：鋁合金；擠壓制品；在線淬火

1 引言

鋁合金制品具備耐腐蝕、高強(qiáng)度以及便于回收等優(yōu)勢，在建筑領(lǐng)域有著大量的運(yùn)用。在邁入二十一世紀(jì)之后，伴隨我們國家航空業(yè)的快速發(fā)展，尤其是交通運(yùn)輸業(yè)的迅猛進(jìn)步，鋁合金制品的市場需求量不斷加大。

2 在線淬火技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)分析

第一，在線淬火無需配備相應(yīng)的淬火廠房、實施，能夠節(jié)約高昂的設(shè)施投資、土地占用，并且能夠在較大程度上減少對于能源的消耗，單淬火過程所節(jié)約的能耗便超過了70%。

第二，能夠在較大程度上降低淬火過燒的概率。淬火爐最常出現(xiàn)便是廢品過燒，在線淬火因為是在鋁棒加熱擠壓成型以后直接進(jìn)行淬火，然而鋁棒加熱溫度與此合金的過燒限額有著較大的距離，所以不會形成過燒，尤其是能夠防止成批過燒。

第三，產(chǎn)品的力學(xué)性更加強(qiáng)。因為在線淬火所需的淬火轉(zhuǎn)移時間相對較少，同時可以進(jìn)行單件淬火，其冷卻功效更加之好，所以產(chǎn)品的力學(xué)性能也就更加之強(qiáng)。

3 鋁合金擠壓制品在線淬火應(yīng)滿足的條件

第一，鋁合金制品流出?？滓郧暗臏囟刃枰獫M足此合金的固溶熱處理的溫度范疇，同時制品由流出至制品擠壓完成時的溫度并未發(fā)生較大的改變，都在固溶溫度所限定的范疇內(nèi)。第二，制品由?？琢鞒鲋翝B入到淬火水槽所花費(fèi)的時間不得超出此合金所需的淬火轉(zhuǎn)移時間，同時對于材料的性能不會產(chǎn)生較大的影響。第三，制品由水槽通過的時間能夠促使制品冷卻至所限定的溫度范圍內(nèi)。

鋁合金擠壓制品若想進(jìn)行在線淬火需要滿足下述條件：

（1）鋁合金的擠壓速率需高于3m/min；

（2）鋁合金的擠壓溫度不得低于此鋁合金的淬火溫度；

（3）淬火冷卻設(shè)備到擠壓機(jī)出口之間的距離需盡量的短，不得大于1m；

（4）熱擠壓制品經(jīng)過冷卻設(shè)備以后的溫度需低于此合金所限定的溫度。

4鋁合金擠壓制品在線淬火技術(shù)

4.1 基本原理

擠壓鋁合金大都是熱處理強(qiáng)化鋁合金，擠壓以后通過時效與固溶，便能夠提升強(qiáng)度，得到所需的性能與組織。固溶熱處理涵蓋冷卻與固溶處理，首先需要以超過固溶溫度的溫度針對材料實施熱處理以產(chǎn)生固溶體，例如：Al-Mg-Si系鋁合金在超過500℃的環(huán)境下實施熱處理，以促使Mg2Si化合物在固態(tài)鋁中完全都熔化，然而熱處理溫度低于595℃，其所需要花費(fèi)的時間完全是由合金里面Mg2Si化合物粒子的外形尺寸、熱處理溫度以及其布局情況等所明確的。其次為了能夠達(dá)到較為完善的同溶熱處理環(huán)節(jié)，需要使得高溫下處在固溶狀態(tài)的合金素材更為快速的冷卻至室內(nèi)溫度，以避免Mg2Si的析出，導(dǎo)致合金元素Si與Mg等依然停留在過飽和固溶體里面。

擠壓在線淬火所指的是在高溫擠壓成型合金元素處在完全固溶的背景下，即刻實施在線淬火。此工藝將固溶熱處理與擠壓充分融合在一起，完全省去了獨(dú)立淬火加熱爐進(jìn)行加熱的過程。

4.2 常用設(shè)備

（1）風(fēng)冷淬火設(shè)備

風(fēng)冷淬火設(shè)備大都是由高速風(fēng)機(jī)、管道以及能夠調(diào)節(jié)流量和角度的高速空氣噴嘴等所構(gòu)成。此設(shè)備最初運(yùn)用至小斷面建筑鋁門窗型材，通過多年時間的技術(shù)改造，現(xiàn)階段已經(jīng)被大量運(yùn)用至型材壁厚小于4mm的Al—Mg-Si系鋁合金的加工過程。

（2）水霧淬火設(shè)備

水霧淬火設(shè)備主要是由水槽、管道以及多排水霧噴嘴等所構(gòu)成。擠壓制品進(jìn)入到水槽中從多排噴嘴噴出水霧以達(dá)到淬火。此設(shè)備往往運(yùn)用至淬火冷卻敏感相對偏高、壁厚在4～8 mm范圍內(nèi)的鋁合金型材的加工過程。

（3）水浸式淬火設(shè)備

水浸式淬火設(shè)備主要是由水箱、管道以及水泵等所構(gòu)成。擠壓制品進(jìn)入到水箱內(nèi)部浸在水里面以達(dá)到淬火。此設(shè)備往往運(yùn)用至淬火冷卻敏感性相對偏高、壁厚大于8mm的鋁合金型材的加工過程。

（4）噴淋淬火設(shè)備

噴淋淬火設(shè)備主要是由水箱、高壓水泵以及管道等所構(gòu)成。擠壓制品進(jìn)入到水箱由周圍高壓噴水以達(dá)到淬火。此設(shè)備往往運(yùn)用至淬火敏感性相對偏高、壁厚大約為8mm的非對稱鋁合金型材的加工過程。

5鋁合金擠壓制品在線淬火實例分析

某一鋁制品制造公司專門為軍事單位提供高質(zhì)量的管棒型材產(chǎn)品。其合金包含：2A12-T4、5083-F以及6063-T5等，規(guī)格是5.0～50.0mm×Φ80～Φ380mm的大管材；合金為7A04-T4、2A12-T4以及6061-T6等，規(guī)格為4000～12000mm×Φ30～180mm的擠制特大棒材；其產(chǎn)品大都運(yùn)用于石油開采、國防軍工以及電力輸變電等領(lǐng)域。其間2xxx系、6xxx系以及7xxx系等能夠?qū)嵤崽幚韽?qiáng)化的硬鋁合金棒，因為其具備優(yōu)良的力學(xué)物理性能與加工性能和，大都被用作于飛機(jī)、汽輪發(fā)動機(jī)葉片毛坯與內(nèi)燃機(jī)活塞等等。

此公司的產(chǎn)品主要有：2xxx系、6xxx系以及7xxx系等淬火敏感性非常高的合金，其淬火轉(zhuǎn)移所需的時間非常少，其間石油輸送管的直徑大于Φ300mm，壁厚大多不得大于7mm，軍工用特大棒材直徑都大于Φ250mm，對于淬火有著非常高的需求。加工最初所產(chǎn)生的技術(shù)廢品，最為重要的因素便是制品擠出以后在實施線淬火處理的時候，轉(zhuǎn)移時間與冷卻強(qiáng)度等都沒有辦法使得制品芯部的彌散強(qiáng)化相全面析出，造成較為顯著的芯表品質(zhì)區(qū)別。

由于較大規(guī)格的棒、管材運(yùn)用在線淬火無法滿足生產(chǎn)工藝的具體需求，此公司經(jīng)過運(yùn)用大規(guī)模立式淬火爐離線淬火的形式以妥善處理此問題。此形式的淬火爐可淬火制品能夠達(dá)到12m長，工作溫度范圍是460～550℃，淬火轉(zhuǎn)移的時間不得超過15s。

但是針對車輛生產(chǎn)所運(yùn)用的扁寬型素材，此公司運(yùn)用了強(qiáng)力在線風(fēng)冷/水冷體系，其間冷風(fēng)系統(tǒng)的輸風(fēng)量是12000m3/h；水冷體系運(yùn)用自循環(huán)設(shè)備，安裝有熱水池、冷水池、換熱器、水槽中輥道以及過濾器等等，該設(shè)備淬火的有效長度為7.5m，側(cè)部、上部以及下端的輸水量都是80m3/h，輸水總量為204m3/h，可以達(dá)到大多數(shù)扁寬型材的淬火需求。

6結(jié)論

綜上所述，鋁合金擠壓制品在線淬火是一累非常先進(jìn)高效的制造工藝，能夠縮減工藝步驟，減少加工時間，加強(qiáng)生產(chǎn)效率，節(jié)省生產(chǎn)費(fèi)用，具備非常強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)價值。對于鋁合金擠壓制品在線淬火造成影響的因素非常之多，需要符合下述要求：①良好的擠壓鋁合金以及其組分改善；②良好的鑄錠同時全面均勻化處理；③錠坯的科學(xué)預(yù)熱；④控制擠壓環(huán)節(jié)的溫升和溫度-速度環(huán)境；⑤改善淬火工藝以及淬火冷卻的速率；⑥精密可調(diào)節(jié)的水-霧-氣在線淬火設(shè)備。

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