浅谈铝型材挤压在线淬火系统的应用

　　近年来，随着国民经济的飞速发展，对高精度、高表面质量、高机械性能（词条“机械性能”由行业大百科提供）的铝型材，特别是一些形状复杂的型材和大截面空心型材的需求量越来越大。淬火处理是铝型材加工过程中重要的工序，传统的铝型材淬火工艺是采用离线淬火炉来实现淬火处理，这种工艺有能耗高及生产周期长等缺点。而在线淬火技术，即挤压后直接淬火冷却，其充分利用了挤压产生的余热，有降低能耗、缩短工艺流程及提高生产效率等优点。实现在线淬火，已成为许多工程技术人员研究的重要课题。

　　一、铝合金在线淬火的基本原理

　　挤压铝合金大多数是可热处理强化铝合金，这些合金在挤压后经过固溶热处理和时效，便可提高强度，获得需要的组织性能与力学强度。

　　可热处理强化铝合金的显著特点就是其合金元素在固态铝中的溶解度随温度升高而大大增加。固溶热处理通常包括两个步骤，即固溶处理和冷却。第一步就是在固溶度线温度以上将材料进行热处理形成固溶体。以Al-Mg-Si系合金为例，实验证明，Al-Mg-Si合金应在高于500摄氏度进行热处理，使Mg2Si化合物完全溶于固态铝中。为了实现完整的固溶热处理过程，必须使高温下处于固溶状态的合金材料足够快的冷却到室温，以防止Mg2Si强化相的析出，使得合金元素Mg和Si保留在过饱和固溶体中。

　　二、实现挤压在线淬火的条件

　　首先是制品流出模孔前的温度必须达到该合金的固溶热处理的温度范围，且制品从开始流出模孔到制品挤压结束时的温度变化不大，均在固溶温度范围内。其次制品从模孔流出到进入淬火水槽的时间基本不超过该合金的淬火转移时间，且对材料的性能影响不大。第三从水槽经过的时间足以使制品冷却到规定的温度。

　　三、铝型材挤压在线淬火的现状

　　当前，我国铝型材生产企业在热处理方面的研究绝大部分停留在借用和摸索的阶段，很多企业在生产铝合金挤压型材时，通常是采用在线风冷式淬火.对于淬火敏感性低、壁厚均匀、结构简单的6063系和6060系合金材料，采用风冷式淬火基本上能满足生产的需求，而对于淬火敏感性高、壁较厚、非对称复杂断面的型材，采用简单的风冷式淬火，往往造成淬火不充分及出现淬火后变形（词条“变形”由行业大百科提供）等问题.由于冷却只能采用单一的冷却方式，材料的力学性能往往只是满足国家标准要求中的最低要求，其潜力得不到充分发挥。同时也无法根据材料的不同状态，采用不同的冷却强度来进行合理的在线淬火处理.虽然有时材料的力学性能达到了用户的要求，但是材料的抗腐蚀等其它性能却因淬火不充分而达不到要求。

　　因此，探索不同的冷却方式，采用合理的淬火设备，以满足不同合金的淬火对冷却速度敏感性的要求和不同型材壁厚对冷却速度的要求具有较高的实用价值和经济价值。

　　四、挤压在线淬火装置的应用

　　(一)挤压在线淬火影响因素

　　1、足够宽的冷却速度范围

　　2、型材截面的冷却速度保持基本一致

　　3、能适应不同型材截面宽高比的变化

　　(二)水槽浸水式冷却装置

　　此装置其主要由水泵站和淬火水槽两部分组成。淬火水槽由水槽、进水装置和四台鼓风机组成，水槽采用钢板焊接而成，靠近两端300mm处分别设两道装石墨板的滑槽，在滑槽内插入石墨板，石墨板上开凿与制品断面相似的型孔，两道石墨板将水槽分隔成三间盒式箱体，中间为水淬槽，两端为排水槽，当启动水淬装置的水泵，冷却水很快注满水淬槽将制品完全浸没，多余的水通过型孔与制品间隙或从石墨板上方溢流进入排水槽，这样淬火冷却水不断补充进入水淬槽，淬火后的热水又不断排出进入排水槽，并通过回水管进入水箱，从而得到循环使用，为避免冷却水通过运动的挤压制品或溢流飞溅带出淬火水槽，在挤压制品于水槽进出口两端上、下方各设两台鼓风机，将水吹回到排水槽，以改善现场工作环境.对于大截面制品而言，采用水槽式水淬装置，冷却强度高，完全能够满足合金对冷却强度的要求。

　　(三)水槽喷水/雾式冷却装置

　　该设备可实现大规格、几何形状复杂的铝型材挤压在线淬火，喷水系统由上下两部分组成，下部为积水箱，用于收集喷出的水，内装侧喷水管及下喷水管，上部由油缸驱动可升降的罩式水盖，水罩内装有喷水管，当水盖下降到位后与下部结合成一个封闭水洞.在喷水系统的挤压型材出口处，装有一台涡流（词条“涡流”由行业大百科提供）风机，从顶部直吹型材，防止型材将水带出。

　　(四)针对型材截面相对较大、不对称及不同壁厚的型材所采用的多区段、多冷却强度控制的在线淬火装置。

　　此种在线淬火装置的特点是可以实现风冷、风雾混合、雾冷、高压喷水多重功能，并且可以分截面段、风雾强弱控制，能提供较大的冷却速度范围，使用时可根据不同的合金、不同的型材截面来选择合适的冷却方式。如6063系合金型材可选择风冷，厚壁6061系合金型材可选择高压喷水，而薄壁的6061系合金型材则可选择雾冷。

　　如图1所示，某铝型材厂多路差异控制淬火装置设计原理图,此淬火装置充分考虑了不同壁厚、大截面型材、多重冷却源的淬火选择等因素，可以根据挤压型材的淬火工艺要求进行择优选择。

　　但是，有时挤压型材因截面复杂，在淬火冷却时特别容易变形，以上冷却方式并不能满足要求。因此，分纵向区段分级冷却也是一种较先进的冷却方式选择。如图2所示。

　　各路风口和喷头在纵向上分若干段，每段都有独立的控制阀来控制。换棒停止挤压时，从冷床往挤压机方向按顺序分段关闭;换棒开始挤压时，从挤压机往冷床方向按顺序分段开启。这样就可以使得型材纵向的冷却时间基本一致，从而确保型材纵向的性能比较均匀，减少纵向的弯扭。

　　针对型材宽高比例变化过大，引起上下左右风口或喷头与型材表面之间距离变化过大，将上部的风口和喷头与左右的侧风口和侧喷头设计成分离的，并且相互间可以移动。这样就可以根据型材的宽高比来调节风口或喷头与型材表面之间的距离，确保上下左右各路风口和喷头与型材各表面保持合适的距离和位置，提高冷 却的精准度和减少能耗的损失。

　　五、结束语

　　随着铝型材产品结构朝着截面大、复杂、壁厚不均匀等方向转移，现有的在线淬火设备无法满足复杂断面型材在线淬火的工艺需求.因此，吸收和消化国外先进的在线淬火技术及装备、自主研发多区段智能控制的在线淬火冷却设备、大幅度提高挤压铝型材的综合性能和快速挤压型材的精度以及生产效率，成为铝型材企业的重要任务，也是研究挤压在线淬火系统的方向。

　　参考文献：

　　[1]刘静安，盛春磊，王文琴.铝合金挤压在线淬火技术[2010]

　　[2]梁世斌.工业铝合金挤压制品的在线淬火[2006]

　　[3]籍淑珍.铝合金型材在线水冷淬火设备[2008]