铝型材热处理工艺论文范文

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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