關(guān)于鋁合金熱處理的若干技術(shù)問題

關(guān)于鋁合金熱處理的若干技術(shù)問題

隨著有色金屬工業(yè)的發(fā)展和有色金屬應(yīng)用技術(shù)的進步，鋁工業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，如航空、汽車、摩托車、輕工業(yè)、建筑、食品、服裝、醫(yī)療等。因此,對鋁合金熱處理設(shè)備的需求不斷增加,同時,對熱處理爐產(chǎn)品的質(zhì)量要求也愈來愈高。本文從簡要介紹鋁合金熱處理出發(fā),就我廠設(shè)計制造各種鋁合金熱處理生產(chǎn)線過程中,根據(jù)鋁合金淬火的工藝特點,對熱處理爐的若干技術(shù)關(guān)鍵問題作初步的分析探討。一、熱處理及冷卻是通過加熱、保溫和冷卻鋁合金熱處理如今已發(fā)展成為金屬熱處理領(lǐng)域中的一個重要組成部分。鋁合熱處理的目的,歸納起來主要是提高強度和硬度,消除壓力加工過程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,使其獲得均勻的成分、組織和性能。鋁合金熱處理的方法很多,基本的熱處理形式有淬火、時效及退火等。后者屬于軟化處理,目的是獲得穩(wěn)定和均勻的組織和優(yōu)良的加工塑性。前者又稱固溶處理。眾所周知,任何熱處理過程都是由加熱、保溫和冷卻三個階段所組成。加熱過程中,由于鋁合金的導(dǎo)熱性和塑性都比較好,故用最大的速度升溫也不會開裂。熱處理的加熱溫度,因熱處理形式不同而相差很遠,其中淬火的加熱溫度最高,自然時效的溫度最低。鋁合金在加熱溫度下保溫,其表面溫度和心部溫度趨于一致,并使合金的組織發(fā)生變化。保溫時間與很多因素有關(guān),如工件的厚薄,堆放的緊密程度,加熱方式(空氣爐或鹽浴爐等),以及熱處理前的變形程度等都將直接影響保溫時間的長短。冷卻是指加熱保溫之后的冷卻。不同的鋁合金熱處理的冷卻速度是各不相同的,淬火冷卻速度要求最快,退火的則要求慢。常用的冷卻介質(zhì)有水、聚二醇、油和空氣等。二、關(guān)于125dw服裝材料的技術(shù)的該項目的探索1.過燒現(xiàn)象在鋁合金淬火爐中的應(yīng)用鋁合金的淬火方法,一般都是把要淬火的工件置于溫度比較均勻的加熱爐內(nèi),將它加熱到規(guī)定的淬火溫度,并在該溫度下保溫一段時間,使合金的組織發(fā)生變化。一些能溶入α固溶體中的合金元素(起強化作用),其溶解度隨著溫度提高而增加。然后將工件迅速地浸入水中冷卻,把高溫時的合金組織以過飽和固溶體(起硬化作用)的形式在室溫下固定下來,這便是淬火的全部過程。眾所周知,固溶熱處理是提高鋁合金強度的熱處理工藝,其過程包括淬火和時效。鋁合金淬火溫度有一個上限和下限。如果溫度過高,則鋁合金中的共晶體(低熔點的機械混合物)在加熱過程中發(fā)生熔化(過燒),同時導(dǎo)致晶粒粗大(過熱);加熱溫度過低,一些強化相不能溶解,以致影響鋁合金的強度。在防止產(chǎn)生過燒和過熱的情況下,盡可能采用較高的淬火溫度,使強化相得到充分的固溶,以便在隨后的以形成過渡相沉淀強化為主的時效過程中,獲得最大的強化效果,達到所要求的強度。過燒現(xiàn)象在鋁合金淬火過程中是不允許發(fā)生的。一爐淬火的工件,即使發(fā)現(xiàn)輕微的過燒,就必須將這一爐工件全部報廢,所以過燒問題是鋁合金淬火中應(yīng)當引為重視的一個重要問題。過燒溫度要由試驗確定。過燒溫度是淬火溫度的上限,淬火溫度通常要比過燒溫度低幾度。鋁合金固溶處理時,一般將工件加熱500～570℃,隨后以最快的速度冷卻。由于淬火溫度和鋁合金的三元共晶點(α+θ+s)十分接近,鋁合金對過燒和過熱很敏感,淬火溫度的上限和下限范圍又很窄,故要求淬火爐內(nèi)的溫度場分布十分均勻,對爐溫均勻度要求很高,在鋁合金熱處理規(guī)范中規(guī)定了爐溫均勻度,要求在±3℃之內(nèi),這是一個重要的技術(shù)關(guān)鍵問題。在我廠的鋁合金淬火爐中設(shè)有導(dǎo)風套的熱風強制循環(huán)的結(jié)構(gòu),以保證達到所要求的爐溫均勻度。爐溫均勻度可用如下的關(guān)系式表示:式中Δt——爐膛有效工作空間任意兩點之間最大溫度,℃V——氣流的體積流量,m3/hC——氣體的比熱容,kJ/(cm3·℃)一般Δt可以作為衡量爐溫均勻度的大小的參數(shù)。由上式可以看出,影響爐溫均勻度有二個主要因素:實踐中知道,氣體的體積流量與爐內(nèi)氣體循環(huán)次數(shù)相對應(yīng),要求爐溫均勻度為±3℃的鋁合金淬火爐,爐內(nèi)氣體循環(huán)次數(shù)可在0.8～1.0次/s范圍內(nèi)選取。熱損失大小主要取決于加熱爐爐襯保溫性能的好壞。我廠的鋁合金淬火爐產(chǎn)品中采用高強度輕質(zhì)耐火磚和硅酸鋁耐火纖維所組成的節(jié)能爐襯,它具有升溫快、保溫性能好、節(jié)能效果顯著等特點。為了滿足爐溫均勻度、爐溫穩(wěn)定度和升溫時間較高的要求,電熱元件分上、中、下三個加熱區(qū)布置,按功率相同、功率密度不同的布置方式,從功率布置方面保證較高的技術(shù)指標。爐蓋頂部裝有由水冷式密封電機帶動的離心式風機。爐膛內(nèi)安裝有帶有導(dǎo)流板的主導(dǎo)風套,當離心風機運轉(zhuǎn)時,將爐膛的氣體吸入導(dǎo)風套上端的風道口,再經(jīng)離心式葉輪驅(qū)動氣體均勻地流向加熱區(qū)的電熱體,溫升后的氣流返回爐膛,對流傳熱給工件,然后上升到導(dǎo)風套的風道口,充分均勻地完成了熱風循環(huán)的全過程。由于氣體在爐內(nèi)不停地循環(huán),使爐內(nèi)溫度更加均勻、穩(wěn)定,從而滿足鋁合金淬火對爐溫均勻度的要求。2.工件內(nèi)部集中指向,導(dǎo)致部分分解,產(chǎn)生組織偏析,從而降低時效強化效果鋁合金淬火另一個技術(shù)關(guān)鍵問題是工件淬火轉(zhuǎn)移時間必須很短,以避免淬火前其局部乃至整體溫度下降。工件從出爐到進入淬火槽的間隔稱為淬火轉(zhuǎn)移時間,在工件轉(zhuǎn)移過程中,工件溫度下降導(dǎo)致固溶體發(fā)生部分分解,析出粗大疏松相,產(chǎn)生組織偏析,從而降低時效強化效果,據(jù)稱,工件出爐后的溫度下降5℃,可導(dǎo)致強度降低20%。一般淬火轉(zhuǎn)換時間為7～25s,具體視工件大小厚薄而定。為滿足鋁合金淬火轉(zhuǎn)移時間很短的特殊要求,本廠的