铝合金挤压在线淬火技术

铝合金挤压在线淬火技术

乡文华

佛山市三水凤铝铝业有限公司

摘要：铝合金制品是重要的生产材料，影响着国家经济建设和人们日常生活，所以我们要不断研究，优化铝合金性能，提高生产质量和效率。本文将针对铝合金挤压在线淬火技术进行分析，希望通过我们的探讨，能够提升技术应用水平，为日后的铝合金制品生产提供参考。

关键词：铝合金挤压；在线淬火；金属加工；热处理技术；分析研究

前言：

铝合金是一种有色金属结构材料，广泛应用于航天、航空、机械制造、汽车、船舶、化学工业中，是目前应用最多的合金材料。随着我国经济的迅速发展，铝合金材料加工技术不断成熟，挤压在线淬火技术将铝合金挤压过程和淬火过程有效结合，简化了生产流程，提高了生产效率，缩短了生产周期，从而有效降低企业生产成本。

一、简述铝合金挤压在线淬火技术

（一）基本原理

在线淬火是一种金属热处理技术，大多数挤压铝合金是可热处理强化合金，经过固溶热处理后，能够显著提高合金强度，从而满足生产产品需要的性能指标。通过研究发现，可热处理强化铝合金中的主要合金元素在固态铝中的溶解度会随着温度的升高而不断增加，所以我们针对这一特点对铝合金进行固溶热处理，处理步骤主要包括固溶处理和冷却两个方面。固溶处理就是将材料加热至固溶度线温度以上，从而得到固溶体。热处理时间主要取决于合金中主要化合物离子的分布情况和大小以及处理温度的高低，比如在进行w（Mg2Si）=1.08%的Al-Mg-Si合金的固溶热处理时，我们将温度设置在500摄氏度以上，促使Mg2Si在固态铝中完全溶解。实验表明高度弥散的、细小的Mg2Si比粒子聚集、粗大的Mg2Si更易溶解，一定形态的Mg2Si粒子溶解度会随着温度的升高而升高。然后要进行冷却处理，使高温状态下的固溶体迅速冷却到室内温度，从而防止Mg2Si的析出，使Mg元素和Si元素保留在过饱和固溶体中。因为影响Mg2Si析出的主要因素是固溶体的过饱和程度，而固溶体的过饱和度会随着温度的降低而增加，但是析出过程取决于溶质原子向形核地点的扩散，扩散速度会随着温度的降低而降低，所以尽可能缩短冷却时间能够有效防止析出产生【1】。

离线独立的淬火加热炉是传统的固溶热处理方式，具有比较高的可靠度，固溶热处理的时间如果足够长，热处理前溶质元素析出物的分布和大小对最终产品性能影响不大。挤压在线淬火技术有效将挤压过程和固溶热处理过程相结合，减少了独立炉的设置，减少了能源使用，节约了生产成本，提高了生产效率，但是这种技术需要满足各种条件才能发挥充分作用，所以我们要不断探索影响挤压在线淬火技术应用效果的各种因素，为挤压在线淬火技术实施创造有利条件。

（二）优点

（1）无需配备淬火厂房，可节省设施成本、土地，并大幅降低能耗，仅淬火便能节省70%以上的能耗。

（2）可大幅减小淬火过烧概率。废品过烧在淬火炉中最为常见，因是在加热挤压成型铝棒后直接淬火，但铝棒加热温度和合金过烧限额的距离较大，故不会过烧，特别够避免成批过烧。

（3）更强的力学性能。因在线淬火需要的淬火转移时间较短，并能单件淬火，且冷却功效更好，故产品也就具有更强的力学性能。

（三）常用设备

1、淬火风冷设备

一般风冷淬火设备由管道、高速风机、可调角度流量的空气高速喷嘴等组成。经过多年的改造，这种设备现已经被广泛应用于加工壁厚在4mm以下的Si―Mg-Al系铝合金中。

2、淬火水雾设备

一般水雾淬火设备由管道、水槽、多排水雾喷嘴等组成。通过将制品挤压进入水槽，再从多排喷嘴，将水雾喷出以淬火。这种设备多用于加工高淬火冷却敏感度、壁厚为4～8mm的铝合金型材。

3、淬火水浸式设备

一般水浸式淬火设备由水泵、管道、水箱等组成。通过将制品挤压进入水箱中，再将其浸在水中以淬火。这种设备多用于运用加工高淬火冷却敏感性、壁厚在8mm以上的铝合金型材。

二、分析研究铝合金挤压在线淬火技术的条件控制

（一）适用挤压在线淬火技术的铝合金成分要求及优化

应用挤压在线淬火技术的铝合金材料应该具备以下特性：固相线和固溶度线的温度范围较宽，容易控制产品出口温度；固溶温度下挤压变形力较小，从而减少综合温升和变形能量，提高挤压速度；有较小的淬火敏感性，方便采用强制风冷方法对各种不同断面制品进行淬火工作；另外，产品需要有足够的韧性和拉伸强度。所以，我们应该充分研究铝合金化学成分，并比对上述特点，科学合理的应用挤压在线淬火技术，从而获得性能良好的产品。

在充分了解合金材料化学成分的基础上，我们还可以对材料进行优化改良，提高合金挤压淬火性能，从而更好的应用于铝合金挤压在线淬火技术。通过研究Si元素、Mg元素、锰元素、铬元素、锌元素、铜元素对合金材料性能的影响，我们得出最适合挤压在线淬火技术的合金材料应该具备以下条件：固态溶解度极限和固相线之间的范围比较宽；允许合金元素某种程度上的析出，但不能损害材料的使用性能；具有良好的可挤压性，挤出制品到达淬火装置的流出时间较短，降低合金元素的析出量；较低的临界淬火速度等等【2】。

（二）铝合金锭坯质量要求及均匀化处理

铝合金锭坯应该具备良好的冶金质量，化学成分在经过适当优化处理后，采用过滤、精炼、在线净化处理等一系列熔炼工艺获得品质优良的铝熔体，然后采用先进的铸造工艺生产出组织均匀、尺寸精确、表面光洁的铸锭，最后进行均匀化处理，使锭坯的性能和组织更加均匀。

（三）铝合金挤压前锭坯的预热方法

锭坯挤压前预热主要有两种方式，一是将锭坯预热到固溶度线温度以上保温，随后将其骤降到理想的挤压温度，二是将锭坯预热温度控制在快速析出区温度以下，然后快速加热到固溶度线以下的挤压温度。如果因生产设备损坏导致锭坯出料中断，从而使部分锭坯停留在临界温度范围，可能会产生较多的Mg2Si粗大析出物，而当恢复作业时析出物不能重新完全溶解，这种情况在辐射加热和火焰直接喷射加热的炉子中发生的概率比较大，在感应炉中出现的情况比较少。如果必要，我们可能要从预热炉内将锭坯退出，重新进行处理，所以我们要严格控制锭坯在临界温度范围内的停留时间，避免粗大、聚集析出物的产生。

（四）挤压过程中的温度与速度控制

通过实验我们得到比较理想的温度-速度控制条件为：在合金挤压比低和可挤压性高的条件下，我们可以采用低于固溶度线的锭坯温度和高的柱塞移动速度相匹配；反之，在合金挤压比高和可挤压性低的条件下，我们采用较高的锭坯温度和较低的挤压速度进行搭配，从而使可挤压淬火合金的表面层温度大于固溶度线温度。

（五）挤压淬火冷却速度和淬火敏感性的控制

挤压冷却过程分为临近淬火、淬火、从淬火区到冷却区三个阶段。我们要充分了解淬火冷却速度对制品拉伸强度的作用，从而选择合适的冷却装置和冷却方法。淬火敏感性主要是指制品对淬火冷却速度的反应，敏感性低那么采用较低的淬火冷却速度便可以阻止元素析出，从而获得良好的充分过饱和固溶状态，根据淬火敏感性、断面厚度和形状有效控制淬火冷却速度【3】。

三、结论

综上所述，本文首先对铝合金挤压在线淬火技术的基本原理进行了分析，然后着重研究了实施此项热处理技术的条件控制，为挤压在线淬火技术的应用提供了保障。希望本文的讨论能够起到积极的探索和实践意义，提高铝合金制品生产质量和效率，更好的为国家社会服务。

参考文献：

[1]赵茂密，姜小龙，秦颐鸣，冯恩浪，何宇棋，白文全.大规格铝合金型材挤压在线淬火变形原理[J].轻合金加工技术，2018，46（08）：27-32.

[2]苟昕.铝合金挤压制品在线热处理技术[J].智能城市，2018，4（11）：153-154.