【佛山6063铝管厂家】谈谈铝型材挤压消费线的高效淬火技术运用

前言

近几年来，热处理实际操作愈来愈细致，铝型材生产商、废铝经销商及铝制品加工机器设备制造商已经升级商品、认证技术性、开发的机器设备。其主题风格是对迅速热处理的要求，使其能结合实际融进目前的和新的挤压成型生产流水线。下列三种关键要素推动了这类要求：挤压成型速率、工业厂房总面积难题及挤压成型加工工艺的改进。

当挤压成型速率伴随着加工工艺改善而提升时，对性能卓越热处理的要求也在不断提升。使我们来举个事例，某一铝合金型材之前每分能挤30米（98fpm），而如今每分能挤45米（148fpm）。大家假定淬火技术沒有更改。假如铝合金型材在原速率的基本上规定12秒的热处理時间，那在新的（迅速的）速率基本上也必须12秒的热处理時间。倘若一个长短为6米（20ft.）的淬火装置在旧速率基本可以出示必需的制冷，那麼新速率下就规定一个长短为9米（30ft.）的淬火装置。

提升热处理长短也许是初期生产流程改善的一个挑选，可是这类解决方案伴随着改善的不断会减少其投资收益率。很多目前的挤压成型线都遭遇着可运用的初出区长短不够的难题。在这些目前的非“双长短”系统软件中，这个问题特别是在突显。此外，再次设计方案目前的生产流水线来相互配合更大容量和多元性的热处理设备是一个非常大的项目投资。

当代研究表明，迅速制冷能够提升挤压铝合金型材的特点。事实上，即便 制冷速度超过传统式热处理速度很多时，之上见解仍是恰当的。这就激起了对高些制冷速度的规定。

除此之外，对大中型连续挤压机和重铝合金型材挤压成型，制冷率很有可能达不上热处理规定。假如所应用的淬火技术不可以造成达到铝合金规定的制冷率，那麼再长的热处理长短也是没有用的。事实上，倘若一个淬火装置不可以在40秒以内将一个6061铝合金的铝合金型材制冷到370℃（700°F）下列，那麼淬火装置再长都没有用。

热处理全过程的回望

要做到铝合金型材挤压成型材所规定的原材料特性，必须下列四道关键工艺流程：

1． 浇铸的匀质化

2． 挤压成型时的挤压成型温控

3． 热处理

4． 时效性

之上四道工艺流程务必恰当实际操作。换句话说，没有一个工艺流程可以独立确保最终的商品彻底能做到铝合金特性，可是在其中的一切一个工艺流程的出错都将造成铝合金型材达不上特性规定。

文中将评定工艺流程3 - 热处理特性。大家沒有忽略别的规定。尤其是在挤压成型变形区域内，挤压成型铝合金型材必须超过铝合金热处理回火火线零线溫度的规定，这对做到铝合金特性是尤为重要的。

基础理论情况

制冷

挤压成型热处理的目地是使Mg2Si颗粒保存在热处理回火情况。这就规定挤压时从高溫迅速制冷到200℃下列。一般 用C-曲线图来艺术化地叙述热处理全过程，如图所示1所显示。C曲线图是热处理铝合金中离子晶体进行析出物颗粒随热处理溫度与時间转变的关联曲线图。针对铝合金型材（例如6063和6061铝合金）而言，为了更好地防止离子晶体的进行析出及其进行析出颗粒的成长，务必绕开C型地区。假如热处理制冷曲线图不和铝合金C曲线图交叉，则说明热处理常用制冷速度是适度的。

图1. 铝合金型材的C-曲线图（Alcan 铝业公司，Nick Parsons，溫度为华氏温度）

图1中的曲线图表明了三个热处理速度，667℃（1200°F）/ 分鐘、333℃（600°F）/ 分鐘，也有一种“不适度的”制冷速度。事实上，在铝合金型材挤压成型热处理实践活动中，制冷速度不太可能是固定不动不会改变的，由于制冷速度将伴随着铝合金型材溫度的转变而转变。对广为流传热[2]qc 的速率公式是：

qchcA (Ts– Tf,∞)

公式计算中：

hc：液体与固态间的均值热对流热对流指数，W / m2°K

A：与液体表层的触碰总面积，m2

Ts：外表温度，°K

Tf,?：物质和受制冷物件中间的温度差

由于DT（Ts– Tf,?）是热对流的一个因素，由上式由此可见伴随着挤压铝合金型材溫度的减少，制冷速度也减少。若把原始速度为667°C /分鐘 hc 当做一个变量定义，则能够看得出制冷速度的降低立即与DT的降低成占比。针对原始速度为333°C / 分鐘，客观事实也是这般。大家发觉图1中的曲线图和铝合金型材表层的原始速度是相符合的。

高溫原材料的冷却水有一个特点，当原材料的溫度转变时，hc将随着发生改变。hc发生改变时的溫度称之为”Liedenfrost溫度”[3]。hc 的更改是由于导热方式的转变。当高过这一溫度时，一层平稳的蒸气膜包囊了原材料表层，阻隔了原材料与水的直接接触。当小于这一溫度时，蒸气膜逐渐消退，水就可以直接接触原材料的表层。高过”Liedenfrost溫度”的导热方式称之为平稳的蒸气薄膜状烧开，小于”Liedenfrost溫度”的导热方式称之为不稳定的蒸气薄膜状烧开。在中国低速档水冲击性下，”Liedenfrost溫度”一般 是250°C（480°F）[4]。

一个典型性的中低速档水冲击性的喷式水淬，在高过”Liedenfrost溫度”时，hc大概为2000（螺纹公称直径hc 350 EU），在小于”Liedenfrost溫度”时，hc很有可能升高到8000。针对不一样的热处理设计方案，具体的值也会不一样。这种值展现了喷式热处理的特性。图2表明了这类热处理曲线图 - 重铝合金型材热处理并表明铝合金型材的芯部溫度。

从图2中的曲线图，大家注意到三个关键点：1）随溫度转变而光滑转变的制冷曲线图务必操纵在一定地区内；2）小于”Liedenfrost溫度”的高制冷率造成的太迟，对铝合金特点沒有一切提升；3）溫度降至250°C需要的总時间超出60秒。这就牵涉到热处理腔的规格。假如上边提及的铝合金型材以20米/分鐘的速率挤压成型，这一铝合金型材必须一个20米长的热处理腔。因而，该图说明，热处理特性的提升是很必须的。

图2. 中低速档水冲击性的喷式热处理的制冷曲线图，重铝合金型材的芯部溫度，及其”Liedenfrost溫度”。

为了更好地详细介绍提升热处理特性的通用性定义，大家将应用一个不考虑到铝合金型材尺寸，简单化的线上热处理热传导公式。对铝合金型材样子的考虑到早已超过了文中的范畴，并且，从加工厂的视角而言，根据更改铝合金型材样子来提升热处理特性不是具体的。铝合金型材横断面一般 是由客户满意度明确的，不可以随便更改。下列是一个简单化计算方式，去除了公式计算中的铝合金型材样子：

制冷率 ≈ hc△T

公式计算中：

hc：热传导系数

△T：液体和铝合金型材表层中间的温度差

针对一个给出的铝合金型材样子，危害制冷率的仅有2个要素：hc和△T。更改制冷特性的实际方式是更改制冷物质的高效率，或是更改挤压成型铝合金型材和制冷物质的温度差。由于水淬铝合金的挤压成型铝合金型材溫度基本上固定不动，另外水的溫度转变相对性较小，因此 ，提升热处理高效率唯一行得通的方式便是提升制冷物质的热传导系数。

怎样根据提升hc来提升制冷特性呢？研究发现，髙速水冲击性能够提升”Liedenfrost溫度”[5]。提升泡核烧开造成的溫度，能够产生非常高的均值制冷速度。早在1968年[6]，就叙述过选用这类技术性的水淬。倘若一个均值约为7000（1235EU）的hc能够在重要铝合金溫度区域内维持，那麼将有可能巨大的提升热处理特性（见图3）。下边大家将探讨该技术性在实际中的运用。

图3. 髙压喷涌的制冷曲线图，与立底压喷涌的制冷曲线图

Bryson老先生[7]明确提出过一个关键的观察汇报，有关从平稳蒸气薄膜状烧开到不稳定蒸气薄膜状烧开的变化（见图4）。他发觉二种方式的变换有一个显著的落后状况。当冲击性工作压力提高时，蒸气膜消退时的工作压力比蒸气膜再现时的工作压力高。证实了在这里段地区内hc是不确定性的。从生产流程的操纵看来，防止在这个地区内实际操作很重要，由于这一地区内的步骤不是可控性的。

图4. 平稳蒸气薄膜状烧开到不稳定蒸气薄膜状烧开变换全过程中的落后状况

歪曲形变

另一个热处理解决的首要条件是铝合金型材歪曲形变。当不一样的铝合金型材遭受高制冷速度的制冷功效时，铝合金型材很有可能造成比较严重的歪曲，以致达不上应用标准的规定。铝合金的C曲线图与这一新的“歪曲敏感性”曲线图中间的关联能够累加成一个综合分析趋势图5 中的“热处理对话框”来剖析。图5为近期某参考文献中发生热处理对话框的一个案例[8]。

图5. 铝合金型材铝合金型材传统式歪曲敏感性曲线图

该合成图早已在许多社区论坛上展现过，创作者觉得该合成图有一个基本上的不正确。为了更好地以便了解以下的基础理论剖析，文中得出了以下简单化的铝合金型材歪曲测算式。和上边简单化的导热测算式一样，该公式计算假设铝合金型材尺寸固定不动：

歪曲敏感性≈hcDTf(Tp)

公式计算中：

hc：热传导系数

△T：液体和铝合金型材表层的温度差

f（Tp）：铝合金型材溫度涵数

这一公式计算中包括一个因素，即铝合金型材的挤压溫度涵数。从形象化上，我们可以看得出，当挤压铝合金型材慢慢制冷时，歪曲敏感性将随着转变。如今的难题是这一转变曲线图的切线斜率。创作者觉得该曲线图的转变切线斜率为正，即在挤压铝合金型材温度范围内铝合金型材的溫度越高，其歪曲形变越比较敏感。这一点可依据铝合金型材在室内温度下的可靠性多方面了解，由于难以想象一个能对室内温度铝合金型材导致永久性歪曲的具体制冷速度。

铝合金型材的歪曲涵数很可能是和铝合金型材溫度有关的非线性函数。塑性变形情况下铝合金的相构成以及变化很可能造成曲线斜率的更改。明确此曲线图各类的标值并不是文中的研究方向。文中阐述的关键是：1)挤压铝合金型材溫度涵数是危害铝合金型材歪曲形变的一部分； 2)溫度危害涵数的切线斜率是正的。因为上一节上述传统式的“热处理对话框”图表明涵数的切线斜率是负的，因而创作者明确提出一个调整后的热处理敏感度趋势图（见图6）。

图6. 提议选用的歪曲敏感性曲线图：左侧是低敏感性，右侧是高敏感性。

以上寓意针对水淬的设计方案有重特大的启迪实际意义。现在有三种可选择的操纵铝合金型材歪曲的方式：能够减少热对流指数；能够减少温度差；还能够减少挤压的溫度。此外，能够将此三项融合起來，便于在水淬的逐渐环节得到较低的hc，那一个环节铝合金型材的挤压溫度还很高。hc在接着的热处理全过程中能够提升，这时DT减少，铝合金型材能够抵御由于较高的hc 造成的内应力。图7表明了一个给出歪曲敏感性曲线图的热处理提议。

图7. 对给出歪曲敏感性曲线图的热处理提议

此外，这里也要谈及的有关铝合金型材歪曲上的一个难题是：不一样难题。外观设计构造不一样的铝合金型材，如铝合金型材的一部分（一侧）比别的一部分薄许多，这就造成一个难题，即厚壁的一部分比壁厚的一部分制冷得快。依据铝合金型材的传热系数，不一样的热变形将造成不一样的机械设备地应力，造成其样子歪曲。在热处理的初期路段，减小hc能够减轻这一难题。针对别的样子，为减少铝合金型材厚壁一部分的制冷速率，务必对铝合金型材上的制冷量开展调节。

总的来说，针对给出尺寸的铝合金型材，能够根据更改hc和△T来更改制冷速度。一样，能够根据更改hc，Tp和制冷物质的喷涌量来危害铝合金型材歪曲形变。

具体运用

新热处理工艺的基本上设计方案是髙压喷涌。髙压水喷涌热处理从1985年逐渐商业服务运用。髙压喷涌热处理的均值热传导系数大概为底压喷涌热处理的三倍；因此 ，在一样长短上，制冷特性提升三倍，或是，只需三分之一的长短就造成同样的制冷特性。

为了更好地操纵铝合金型材歪曲形变，初期的的髙压喷涌热处理选用2个工作压力设定。当髙压喷涌造成不能接纳的形变时，能够挑选底压喷涌设定。那样针对繁杂横断面的铝合金型材能够出示一个相对性温和的热处理，而针对简易横断面的铝合金型材能够完成高的热处理特性。

针对最比较敏感的横断面样子，热处理通道区别为四象限操纵。流水能够在四个不一样的方位获得操纵：左上，右上，左下，右下方。针对繁杂、不一样的样子，该特点十分合理。

最好热处理的新特点，就是指它能够依据热处理的长短来更改热传导系数。能够在热处理的通道区，出示十分缓解的制冷率，随后在铝合金型材歪曲形变敏感性减少以后，出示较高的制冷率。

机械设备设计

最好热处理是把好几个喷头环形的遍布在热处理腔的圆上上，依据操纵地区对喷头环开展排序。一个典型性的配3000吨连续挤压机的最好热处理具备五个操纵地区。

每一个地区的高压低压独立可调式。由于平稳蒸气薄膜状烧开和不稳定蒸气薄膜状烧开中间的变换不能预测分析，因此 高矮工作压力中间不是持续转变的 。

此外，前2个区选用四象限操纵：左上，右上，左下，右下方。并且总流量能够减少，以减少不一样样子的制冷率。图8是一张最好热处理设备的照片，

图8. 最好热处理设备

这类淬火装置实际操作比较简单。针对新模貝，原始设定把全部地区设为底压。假如挤压成型速率提升，能够在最终区（第五地区）应用髙压设定。假如铝合金型材沒有歪曲形变，那麼在第四地区应用髙压设定，依此类推。假如铝合金型材产生不能接纳的形变，将当今地区改成底压设定。它是完成较大 生产主力的重要，这时早已做到铝合金型材样子的热学極限。电子计算机智能管理系统将储存这一设定，下一次再用该模貝时能够启用这一设定。

结语

近些年，对挤压成型热处理的的要求变的更为急切。有三个关键要素推动了这种要求：迅速的挤压成型速率，初出地区长短的限定及其因迅速的热处理率而获得的铝合金型材特性的改善。这三个要素导致了对在最少室内空间内得到较大 热处理特性的要求。文中科学研究剖析了使热处理全过程最优控制的方式并详细描述了运用这种方式的热处理设计方案。最好热处理能够在比较有限的室内空间内完成最大的制冷特性。根据在每一个地区适度的应用髙压热传导率，造成可选择的制冷率，及其在通道地区的不一样象限应用不一样的出水量，最好热处理完成了最大的热处理特性，另外也出示了必需的协调能力，以解决繁杂外观设计的铝合金型材的歪曲形变难题。