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(jìn)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(duì)鋁合金熱處理設(shè)備的需求不斷增加,同時(shí),對(duì)熱處理爐產(chǎn)品的質(zhì)量要求也愈來(lái)愈高。本文從簡(jiǎn)要介紹鋁合金熱處理出發(fā),就我廠設(shè)計(jì)制造各種鋁合金熱處理生產(chǎn)線過(guò)程中,根據(jù)鋁合金淬火的工藝特點(diǎn),對(duì)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(guò)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(gè)重要組成部分。鋁合熱處理的目的,歸納起來(lái)主要是提高強(qiáng)度和硬度,消除壓力加工過(guò)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(shí)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(guò)程都是由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段所組成。加熱過(guò)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(huì)開裂。熱處理的加熱溫度,因熱處理形式不同而相差很遠(yuǎn),其中淬火的加熱溫度最高,自然時(shí)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(shí)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(shí)間的長(zhǎng)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(xiàng)目的探索1.過(guò)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(shí)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(qiáng)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(shí)的合金組織以過(guò)飽和固溶體(起硬化作用)的形式在室溫下固定下來(lái),這便是淬火的全部過(guò)程。眾所周知,固溶熱處理是提高鋁合金強(qiáng)度的熱處理工藝,其過(guò)程包括淬火和時(shí)效。鋁合金淬火溫度有一個(gè)上限和下限。如果溫度過(guò)高,則鋁合金中的共晶體(低熔點(diǎn)的機(jī)械混合物)在加熱過(guò)程中發(fā)生熔化(過(guò)燒),同時(shí)導(dǎo)致晶粒粗大(過(guò)熱);加熱溫度過(guò)低,一些強(qiáng)化相不能溶解,以致影響鋁合金的強(qiáng)度。在防止產(chǎn)生過(guò)燒和過(guò)熱的情況下,盡可能采用較高的淬火溫度,使強(qiáng)化相得到充分的固溶,以便在隨后的以形成過(guò)渡相沉淀強(qiáng)化為主的時(shí)效過(guò)程中,獲得最大的強(qiáng)化效果,達(dá)到所要求的強(qiáng)度。過(guò)燒現(xiàn)象在鋁合金淬火過(guò)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(guò)燒,就必須將這一爐工件全部報(bào)廢,所以過(guò)燒問題是鋁合金淬火中應(yīng)當(dāng)引為重視的一個(gè)重要問題。過(guò)燒溫度要由試驗(yàn)確定。過(guò)燒溫度是淬火溫度的上限,淬火溫度通常要比過(guò)燒溫度低幾度。鋁合金固溶處理時(shí),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(diǎn)(α+θ+s)十分接近,鋁合金對(duì)過(guò)燒和過(guò)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(chǎng)分布十分均勻,對(duì)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(gè)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(fēng)套的熱風(fēng)強(qiáng)制循環(huán)的結(jié)構(gòu),以保證達(dá)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(diǎn)之間最大溫度,℃V——?dú)饬鞯捏w積流量,m3/hC——?dú)怏w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(gè)主要因素:實(shí)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(duì)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(qiáng)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(diǎn)。為了滿足爐溫均勻度、爐溫穩(wěn)定度和升溫時(shí)間較高的要求,電熱元件分上、中、下三個(gè)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(biāo)。爐蓋頂部裝有由水冷式密封電機(jī)帶動(dòng)的離心式風(fēng)機(jī)。爐膛內(nèi)安裝有帶有導(dǎo)流板的主導(dǎo)風(fēng)套,當(dāng)離心風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),將爐膛的氣體吸入導(dǎo)風(fēng)套上端的風(fēng)道口,再經(jīng)離心式葉輪驅(qū)動(dòng)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(duì)流傳熱給工件,然后上升到導(dǎo)風(fēng)套的風(fēng)道口,充分均勻地完成了熱風(fēng)循環(huán)的全過(guò)程。由于氣體在爐內(nèi)不停地循環(huán),使?fàn)t內(nèi)溫度更加均勻、穩(wěn)定,從而滿足鋁合金淬火對(duì)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(shí)效強(qiáng)化效果鋁合金淬火另一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵問題是工件淬火轉(zhuǎn)移時(shí)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(jìn)入淬火槽的間隔稱為淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間,在工件轉(zhuǎn)移過(guò)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(shí)效強(qiáng)化效果,據(jù)稱,工件出爐后的溫度下降5℃,可導(dǎo)致強(qiáng)度降低20%。一般淬火轉(zhuǎn)換時(shí)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(shí)間很短的特殊要求,本廠的