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铝型材热处理工艺论文范文

时间:2022-04-18 11:36:28

铝型材热处理工艺论文

1铝型材合金元素对其组织和性能的影响

各元素在合金中的作用如下:(1)Si和Mg的影响Si和Mg是该铝型材合金的主要组成元素,其结合形成了产品的主要强化相Mg2Si。但Si和Mg比例不同,形成强化相的数量和分布有差别,这直接影响到产品日处理后的力学性能。研究表明[3],对于Al-Mg-Si三元合金,当其处于ɑ(Al)-Mg2Si-Si三相区间内时,具有最大的抗拉强度。对于Al-Mg-Si三元合金,Mg2Si含量增加,会提高其抗拉强度,但会降低其伸长率;当Mg2Si含量为定值时,Si含量增加,抗拉强度增加,伸长率变化不大,但当Si出现过剩相时,合金的耐蚀性随过剩相含量的增加而降低,脆性增大;当Si含量为定值时,增加Mg含量,也会提高抗拉强度。合金位于ɑ(Al)-Mg2Si两相区或Al单相区(Mg2Si固溶于基体),具有最佳的耐蚀性能。公司根据以上机理,确定了内控标准。(2)Mn的影响Mn亦可强化基体,提高产品的韧性和耐蚀性,但Mn含量过多时,会减少Si的强化效果,形成晶内偏析,产生粗精组织,降低铸锭的挤压性能,因此,要适当控合金中Mn含量。(3)Ti的影响Ti是晶粒细化剂,可以避免铸造时形成热裂纹,减少铸锭中的柱状晶组织,细化铸锭的晶粒度,减少挤压产品的各向异性。(4)Zn和Cu的影响少量的Zn和Cu可以提高铝型材的强度,耐蚀性变化不大,但添加量过多时会降低铝型材的抗腐蚀性。同时,少量的Cu可以减少人工时效后机械性能的下降。(5)Fe的影响Fe是铝型材中的杂质元素,会损害型材的综合性能,应尽量减少其含量。综上所述:在该产品用铝合金成分配比中,镁硅比应保持在1.18左右,此时铝型材内强化相绝大部分是Mg2Si,含有少量的富余Si,Si含量亦不过剩,此时强度较高,塑性和抗蚀性未降低;由于没有过剩的硅含量,Mn含量可以处于国标的下限。Fe含量应根据原铝锭冶炼水平,越低越好。

2热处理工艺控制

2.1铝棒均质热处理工艺控制在铝棒铸造成型过程中,受合金成分、浓度梯度、温度梯度、冷却强度等因素的影响,铝棒不可避免的会出现树枝晶、蔷薇晶、带状组织、偏析、非平衡相、铸造应力等不希望得到组织或状态,为了在挤压前消除这些缺陷,优化铸棒组织,需要对铝合金棒进行均质处理。均质处理时一是要考虑铝棒不能过烧,出现二次共晶;二是要使粗大的针状、带状和非平衡相充分溶解。以XX公司35吨均质炉,装入直径292mm铝棒为例,考虑到热电偶误差,保温温度应控制在570±5℃,保温6h为宜,低于560℃,可能出现组织不均匀区域(低倍组织),挤压型材力学性能较低;高于585℃,将会使晶界粗化,引起过烧,严重时形成难熔质点。保温时间应在5.5~6.5h之间,过高和过低都影响铝型材力学性能。以保温温度570℃,保温6h为参照,挤压工艺相同的情况下,当保温温度延长至7.5h时,抗拉强度下降约11%。冷却时,采取风冷+水冷分级的冷却方式,一方面使冷却介质均匀分布,一方面不至于冷却速度过慢或扩快,影响均质效果。

2.2加热固溶热处理工艺控制研究表明[4],模具出口处型材温度受铝棒加热温度、挤压速度和其它因素多重影响,其中铝棒加热温度影响强度约44%,挤压速度影响强度约32%。对于本文研究的该型材产品,由于合金为6082合金,本身变形抗力较大,同时型材截面复杂,幅面宽,因此,适宜较高的铝棒加热温度,低的挤压速度。对铝棒加热的控制主要是加热温度和保温时间,对于加热温度控制,主要考虑因素是型材出口温度(固溶温度)和变形抗力,铝棒加热温度过低,将造成变形抗力过大,出现模具崩裂或走水;即使挤出型材,型材出口温度较低,型材性能较差。考虑到铝棒从铝棒炉出来到进入挤压机有一定的时间间隙,铝棒加热温度应适当提高。对于铝棒保温时间控制,主要考虑析出物溶解程度和铝棒温度均匀性,对于长棒炉,通过改善加热方式和内部热循环方式,尽可能提高炉内温度均匀性。对生产该型材的铝棒,保温时间应控制在3分钟以上,能够保证析出相的充分溶解,如果铝棒进入加热炉前长时间放置,保温时间应延长。同时,实践证明,保温时间继续延长,对挤出型材性能影响不大。当生产铝型材使用在线淬火方式时,型材出口温度即为固溶温度。固溶温度与铝棒加热温度直接相关。对于生产该型材的6082合金,理论上,固溶温度越高,越有利于强化相的彻底固溶。由上述可知,其它挤压工艺相同的情况下,铝棒加热温度直接决定固溶温度,因此铝棒温加热温度越高,固溶的越好,但固溶温度要低于合金最低熔点,防止合金过烧。生产实践表明,当固溶温度处于520-545℃时,型材具有较高的性能;此时,采用某挤压工艺时,铝棒加热温度应控制在485~510℃。

2.3淬火工艺控制由于生产本文所述型材产品使用的是6082铝合金,该合金的淬火敏感性比6061、6063等牌号合金要高[2],因此,淬火强度要高,否则,将影响产品强度和时效效果。在曾经使用过的水淬、强风+雾、强风等淬火方式中,水淬冷却强度最大,淬火后硬度高,但淬火后由于型材厚度不均,容易出现产品的翘曲和变形,造成废品。强风+雾的淬火方式亦能达到产品性能要求,但对光身料产品,气雾容易在产品形成水渍,增大后期处理难度。Xx公司通过改变出风口位置,改善气体质量和温度,可以使产品强度和硬度等性能指标达到要求。在淬火工艺控制过程中,该型材的淬火冷却速度要保证达到300℃以上。

2.4时效工艺控制经过固溶淬火后的铝型材得到一种不稳定的固溶体,此时其力学性能并不能达到最大;同时,由于该固溶体处于过饱和状态,又有较大的析出倾向,如果不对其进行人工时效处理,析出相将在晶界处聚集,出现晶间腐蚀或应力腐蚀。在实际生产过程中,由于可能需要整形等工序,人工时效前产品会在自然状态放置一段时间,相当于一个自然时效过程。生产实践显示,自然状态放置时间应尽量避免在5~7h之间,在此时间区间内,相同人工时效工艺下,力学性能偏低。在人工时效工艺参数优化过程中,当时效温度为175℃吴宗闯,等:集装箱铝型材生产过程中热处理工艺控制初探•89•时,保温6.5h,产品性能最优;但延长保温时间,产品强度、硬度等力学性能变化不大,保温时间延长至15h,产品性能略有降低,强度降低小于3%。但保温时间低于5.5h,力学性能下降明显。考虑企业成本控制因素,保温时间控制6~7h最佳。

3结束语

热处理工艺控制是铝型材生产的关键,不同的合金成分、挤压工艺、产品热处理制度会有所不同,需要在生产实践中不断探索。随着工业铝型材应用领域和规模的进一步扩大,对产品性能要求会越来越高,产品生产的难度也会日益加大,但从材料基础出发,结合生产实践,在生产实践中验证工艺的可行性是科研和工艺创新的正确方向。

作者:吴宗闯李健安单位:广东兴发铝业(河南)有限公司

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