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(duì)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(jié)合形成了產(chǎn)品的主要強(qiáng)化相Mg2Si。但Si和Mg比例不同，形成強(qiáng)化相的數(shù)量和分布有差別，這直接影響到產(chǎn)品日處理后的力學(xué)性能。研究表明［3］，對(duì)于Al－Mg－Si三元合金，當(dāng)其處于ɑ(Al)－Mg2Si－Si三相區(qū)間內(nèi)時(shí)，具有最大的抗拉強(qiáng)度。對(duì)于Al－Mg－Si三元合金，Mg2Si含量增加，會(huì)提高其抗拉強(qiáng)度，但會(huì)降低其伸長率;當(dāng)Mg2Si含量為定值時(shí)，Si含量增加，抗拉強(qiáng)度增加，伸長率變化不大，但當(dāng)Si出現(xiàn)過剩相時(shí)，合金的耐蝕性隨過剩相含量的增加而降低，脆性增大;當(dāng)Si含量為定值時(shí)，增加Mg含量，也會(huì)提高抗拉強(qiáng)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(jù)以上機(jī)理，確定了內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。(2)Mn的影響Mn亦可強(qiáng)化基體，提高產(chǎn)品的韌性和耐蝕性，但Mn含量過多時(shí)，會(huì)減少Si的強(qiáng)化效果，形成晶內(nèi)偏析，產(chǎn)生粗精組織，降低鑄錠的擠壓性能，因此，要適當(dāng)控合金中Mn含量。(3)Ti的影響Ti是晶粒細(xì)化劑，可以避免鑄造時(shí)形成熱裂紋，減少鑄錠中的柱狀晶組織，細(xì)化鑄錠的晶粒度，減少擠壓產(chǎn)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(qiáng)度，耐蝕性變化不大，但添加量過多時(shí)會(huì)降低鋁型材的抗腐蝕性。同時(shí)，少量的Cu可以減少人工時(shí)效后機(jī)械性能的下降。(5)Fe的影響Fe是鋁型材中的雜質(zhì)元素，會(huì)損害型材的綜合性能，應(yīng)盡量減少其含量。綜上所述:在該產(chǎn)品用鋁合金成分配比中，鎂硅比應(yīng)保持在1．18左右，此時(shí)鋁型材內(nèi)強(qiáng)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(shí)強(qiáng)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(biāo)的下限。Fe含量應(yīng)根據(jù)原鋁錠冶煉水平，越低越好。
2．1鋁棒均質(zhì)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(qiáng)度等因素的影響，鋁棒不可避免的會(huì)出現(xiàn)樹枝晶、薔薇晶、帶狀組織、偏析、非平衡相、鑄造應(yīng)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(duì)鋁合金棒進(jìn)行均質(zhì)處理。均質(zhì)處理時(shí)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(zhì)爐，裝入直徑292mm鋁棒為例，考慮到熱電偶誤差，保溫溫度應(yīng)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(xué)性能較低;高于585℃，將會(huì)使晶界粗化，引起過燒，嚴(yán)重時(shí)形成難熔質(zhì)點(diǎn)。保溫時(shí)間應(yīng)在5．5～6．5h之間，過高和過低都影響鋁型材力學(xué)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(dāng)保溫溫度延長至7．5h時(shí)，抗拉強(qiáng)度下降約11%。冷卻時(shí)，采取風(fēng)冷+水冷分級(jí)的冷卻方式，一方面使冷卻介質(zhì)均勻分布，一方面不至于冷卻速度過慢或擴(kuò)快，影響均質(zhì)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(qiáng)度約44%，擠壓速度影響強(qiáng)度約32%。對(duì)于本文研究的該型材產(chǎn)品，由于合金為6082合金，本身變形抗力較大，同時(shí)型材截面復(fù)雜，幅面寬，因此，適宜較高的鋁棒加熱溫度，低的擠壓速度。對(duì)鋁棒加熱的控制主要是加熱溫度和保溫時(shí)間，對(duì)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(jìn)入擠壓機(jī)有一定的時(shí)間間隙，鋁棒加熱溫度應(yīng)適當(dāng)提高。對(duì)于鋁棒保溫時(shí)間控制，主要考慮析出物溶解程度和鋁棒溫度均勻性，對(duì)于長棒爐，通過改善加熱方式和內(nèi)部熱循環(huán)方式，盡可能提高爐內(nèi)溫度均勻性。對(duì)生產(chǎn)該型材的鋁棒，保溫時(shí)間應(yīng)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(jìn)入加熱爐前長時(shí)間放置，保溫時(shí)間應(yīng)延長。同時(shí)，實(shí)踐證明，保溫時(shí)間繼續(xù)延長，對(duì)擠出型材性能影響不大。當(dāng)生產(chǎn)鋁型材使用在線淬火方式時(shí)，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(guān)。對(duì)于生產(chǎn)該型材的6082合金，理論上，固溶溫度越高，越有利于強(qiáng)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(diǎn)，防止合金過燒。生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)固溶溫度處于520－545℃時(shí)，型材具有較高的性能;此時(shí)，采用某擠壓工藝時(shí)，鋁棒加熱溫度應(yīng)控制在485～510℃。
2．3淬火工藝控制由于生產(chǎn)本文所述型材產(chǎn)品使用的是6082鋁合金，該合金的淬火敏感性比6061、6063等牌號(hào)合金要高［2］，因此，淬火強(qiáng)度要高，否則，將影響產(chǎn)品強(qiáng)度和時(shí)效效果。在曾經(jīng)使用過的水淬、強(qiáng)風(fēng)+霧、強(qiáng)風(fēng)等淬火方式中，水淬冷卻強(qiáng)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(chǎn)品的翹曲和變形，造成廢品。強(qiáng)風(fēng)+霧的淬火方式亦能達(dá)到產(chǎn)品性能要求，但對(duì)光身料產(chǎn)品，氣霧容易在產(chǎn)品形成水漬，增大后期處理難度。Xx公司通過改變出風(fēng)口位置，改善氣體質(zhì)量和溫度，可以使產(chǎn)品強(qiáng)度和硬度等性能指標(biāo)達(dá)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(dá)到300℃以上。
2．4時(shí)效工藝控制經(jīng)過固溶淬火后的鋁型材得到一種不穩(wěn)定的固溶體，此時(shí)其力學(xué)性能并不能達(dá)到最大;同時(shí)，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(duì)其進(jìn)行人工時(shí)效處理，析出相將在晶界處聚集，出現(xiàn)晶間腐蝕或應(yīng)力腐蝕。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于可能需要整形等工序，人工時(shí)效前產(chǎn)品會(huì)在自然狀態(tài)放置一段時(shí)間，相當(dāng)于一個(gè)自然時(shí)效過程。生產(chǎn)實(shí)踐顯示，自然狀態(tài)放置時(shí)間應(yīng)盡量避免在5～7h之間，在此時(shí)間區(qū)間內(nèi)，相同人工時(shí)效工藝下，力學(xué)性能偏低。在人工時(shí)效工藝參數(shù)優(yōu)化過程中，當(dāng)時(shí)效溫度為175℃吳宗闖，等:集裝箱鋁型材生產(chǎn)過程中熱處理工藝控制初探•89•時(shí)，保溫6．5h，產(chǎn)品性能最優(yōu);但延長保溫時(shí)間，產(chǎn)品強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能變化不大，保溫時(shí)間延長至15h，產(chǎn)品性能略有降低，強(qiáng)度降低小于3%。但保溫時(shí)間低于5．5h，力學(xué)性能下降明顯。考慮企業(yè)成本控制因素，保溫時(shí)間控制6～7h最佳。
3結(jié)束語
熱處理工藝控制是鋁型材生產(chǎn)的關(guān)鍵，不同的合金成分、擠壓工藝、產(chǎn)品熱處理制度會(huì)有所不同，需要在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷探索。隨著工業(yè)鋁型材應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)產(chǎn)品性能要求會(huì)越來越高，產(chǎn)品生產(chǎn)的難度也會(huì)日益加大，但從材料基礎(chǔ)出發(fā)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，在生產(chǎn)實(shí)踐中驗(yàn)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