鋁型材熱處理工藝論文范文

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1鋁型材合金元素對其組織和性能的影響

各元素在合金中的作用如下:(1)Si和Mg的影響Si和Mg是該鋁型材合金的主要組成元素，其結合形成了產品的主要強化相Mg2Si。但Si和Mg比例不同，形成強化相的數(shù)量和分布有差別，這直接影響到產品日處理后的力學性能。研究表明［3］，對于Al－Mg－Si三元合金，當其處于ɑ(Al)－Mg2Si－Si三相區(qū)間內時，具有最大的抗拉強度。對于Al－Mg－Si三元合金，Mg2Si含量增加，會提高其抗拉強度，但會降低其伸長率;當Mg2Si含量為定值時，Si含量增加，抗拉強度增加，伸長率變化不大，但當Si出現(xiàn)過剩相時，合金的耐蝕性隨過剩相含量的增加而降低，脆性增大;當Si含量為定值時，增加Mg含量，也會提高抗拉強度。合金位于ɑ(Al)－Mg2Si兩相區(qū)或Al單相區(qū)(Mg2Si固溶于基體)，具有最佳的耐蝕性能。公司根據以上機理，確定了內控標準。(2)Mn的影響Mn亦可強化基體，提高產品的韌性和耐蝕性，但Mn含量過多時，會減少Si的強化效果，形成晶內偏析，產生粗精組織，降低鑄錠的擠壓性能，因此，要適當控合金中Mn含量。(3)Ti的影響Ti是晶粒細化劑，可以避免鑄造時形成熱裂紋，減少鑄錠中的柱狀晶組織，細化鑄錠的晶粒度，減少擠壓產品的各向異性。(4)Zn和Cu的影響少量的Zn和Cu可以提高鋁型材的強度，耐蝕性變化不大，但添加量過多時會降低鋁型材的抗腐蝕性。同時，少量的Cu可以減少人工時效后機械性能的下降。(5)Fe的影響Fe是鋁型材中的雜質元素，會損害型材的綜合性能，應盡量減少其含量。綜上所述:在該產品用鋁合金成分配比中，鎂硅比應保持在1．18左右，此時鋁型材內強化相絕大部分是Mg2Si，含有少量的富余Si，Si含量亦不過剩，此時強度較高，塑性和抗蝕性未降低;由于沒有過剩的硅含量，Mn含量可以處于國標的下限。Fe含量應根據原鋁錠冶煉水平，越低越好。

2熱處理工藝控制

2．1鋁棒均質熱處理工藝控制在鋁棒鑄造成型過程中，受合金成分、濃度梯度、溫度梯度、冷卻強度等因素的影響，鋁棒不可避免的會出現(xiàn)樹枝晶、薔薇晶、帶狀組織、偏析、非平衡相、鑄造應力等不希望得到組織或狀態(tài)，為了在擠壓前消除這些缺陷，優(yōu)化鑄棒組織，需要對鋁合金棒進行均質處理。均質處理時一是要考慮鋁棒不能過燒，出現(xiàn)二次共晶;二是要使粗大的針狀、帶狀和非平衡相充分溶解。以XX公司35噸均質爐，裝入直徑292mm鋁棒為例，考慮到熱電偶誤差，保溫溫度應控制在570±5℃，保溫6h為宜，低于560℃，可能出現(xiàn)組織不均勻區(qū)域(低倍組織)，擠壓型材力學性能較低;高于585℃，將會使晶界粗化，引起過燒，嚴重時形成難熔質點。保溫時間應在5．5～6．5h之間，過高和過低都影響鋁型材力學性能。以保溫溫度570℃，保溫6h為參照，擠壓工藝相同的情況下，當保溫溫度延長至7．5h時，抗拉強度下降約11%。冷卻時，采取風冷+水冷分級的冷卻方式，一方面使冷卻介質均勻分布，一方面不至于冷卻速度過慢或擴快，影響均質效果。

2．2加熱固溶熱處理工藝控制研究表明［4］，模具出口處型材溫度受鋁棒加熱溫度、擠壓速度和其它因素多重影響，其中鋁棒加熱溫度影響強度約44%，擠壓速度影響強度約32%。對于本文研究的該型材產品，由于合金為6082合金，本身變形抗力較大，同時型材截面復雜，幅面寬，因此，適宜較高的鋁棒加熱溫度，低的擠壓速度。對鋁棒加熱的控制主要是加熱溫度和保溫時間，對于加熱溫度控制，主要考慮因素是型材出口溫度(固溶溫度)和變形抗力，鋁棒加熱溫度過低，將造成變形抗力過大，出現(xiàn)模具崩裂或走水;即使擠出型材，型材出口溫度較低，型材性能較差。考慮到鋁棒從鋁棒爐出來到進入擠壓機有一定的時間間隙，鋁棒加熱溫度應適當提高。對于鋁棒保溫時間控制，主要考慮析出物溶解程度和鋁棒溫度均勻性，對于長棒爐，通過改善加熱方式和內部熱循環(huán)方式，盡可能提高爐內溫度均勻性。對生產該型材的鋁棒，保溫時間應控制在3分鐘以上，能夠保證析出相的充分溶解，如果鋁棒進入加熱爐前長時間放置，保溫時間應延長。同時，實踐證明，保溫時間繼續(xù)延長，對擠出型材性能影響不大。當生產鋁型材使用在線淬火方式時，型材出口溫度即為固溶溫度。固溶溫度與鋁棒加熱溫度直接相關。對于生產該型材的6082合金，理論上，固溶溫度越高，越有利于強化相的徹底固溶。由上述可知，其它擠壓工藝相同的情況下，鋁棒加熱溫度直接決定固溶溫度，因此鋁棒溫加熱溫度越高，固溶的越好，但固溶溫度要低于合金最低熔點，防止合金過燒。生產實踐表明，當固溶溫度處于520－545℃時，型材具有較高的性能;此時，采用某擠壓工藝時，鋁棒加熱溫度應控制在485～510℃。

2．3淬火工藝控制由于生產本文所述型材產品使用的是6082鋁合金，該合金的淬火敏感性比6061、6063等牌號合金要高［2］，因此，淬火強度要高，否則，將影響產品強度和時效效果。在曾經使用過的水淬、強風+霧、強風等淬火方式中，水淬冷卻強度最大，淬火后硬度高，但淬火后由于型材厚度不均，容易出現(xiàn)產品的翹曲和變形，造成廢品。強風+霧的淬火方式亦能達到產品性能要求，但對光身料產品，氣霧容易在產品形成水漬，增大后期處理難度。Xx公司通過改變出風口位置，改善氣體質量和溫度，可以使產品強度和硬度等性能指標達到要求。在淬火工藝控制過程中，該型材的淬火冷卻速度要保證達到300℃以上。

2．4時效工藝控制經過固溶淬火后的鋁型材得到一種不穩(wěn)定的固溶體，此時其力學性能并不能達到最大;同時，由于該固溶體處于過飽和狀態(tài)，又有較大的析出傾向，如果不對其進行人工時效處理，析出相將在晶界處聚集，出現(xiàn)晶間腐蝕或應力腐蝕。在實際生產過程中，由于可能需要整形等工序，人工時效前產品會在自然狀態(tài)放置一段時間，相當于一個自然時效過程。生產實踐顯示，自然狀態(tài)放置時間應盡量避免在5～7h之間，在此時間區(qū)間內，相同人工時效工藝下，力學性能偏低。在人工時效工藝參數(shù)優(yōu)化過程中，當時效溫度為175℃吳宗闖，等:集裝箱鋁型材生產過程中熱處理工藝控制初探•89•時，保溫6．5h，產品性能最優(yōu);但延長保溫時間，產品強度、硬度等力學性能變化不大，保溫時間延長至15h，產品性能略有降低，強度降低小于3%。但保溫時間低于5．5h，力學性能下降明顯。考慮企業(yè)成本控制因素，保溫時間控制6～7h最佳。

3結束語

熱處理工藝控制是鋁型材生產的關鍵，不同的合金成分、擠壓工藝、產品熱處理制度會有所不同，需要在生產實踐中不斷探索。隨著工業(yè)鋁型材應用領域和規(guī)模的進一步擴大，對產品性能要求會越來越高，產品生產的難度也會日益加大，但從材料基礎出發(fā)，結合生產實踐，在生產實踐中驗證工藝的可行性是科研和工藝創(chuàng)新的正確方向。

作者：吳宗闖李健安單位：廣東興發(fā)鋁業(yè)(河南)有限公司