試論鋁合金擠壓的在線淬火技術

田茂德 張萌 郝先芃

摘 要：鋁合金擠壓在線淬火是比較先進的生產工藝，是鋁合金擠壓必不可少的環節，并且還關系著鋁合金擠壓的效率及質量。基于此，本文就鋁合金擠壓的在線淬火技術進行深入地探討。

關鍵詞：鋁合金;擠壓;在線淬火技術

1? 引言

隨著科學技術的快速發展，在線淬火技術同樣獲得了大量發展，在現代化制造業中廣泛運用。在制造業中，特別是船舶、航空航天應用的鋁材都需通過在線淬火處理，為了能夠實現各類零部件的不同技術需求，在線淬火技術日益創新發展。

2? 鋁合金擠壓在線淬火的基本原理

擠壓鋁合金大部分是可以熱處理的強化合金，此些合金擠壓以后通過固溶、時效熱處理，就能夠提升強度，取得有用的性能和組織。可熱處理強化鋁合金的重要特征是，其關鍵合金元素在固態鋁中的溶解度隨著溫度的提升而大幅度增加。比如：在某溫度環境下，AI-Mg-Si合金處于平衡狀態，Mg與Si的比值是1.73：1。在595℃溫度環境下，Mg2Si的最大溶解度是1.85%;在500℃溫度下，其溶解度下降至1.08%;在200℃溫度下，其溶解度只有0.09%。正常情況下，淬火包含固溶處理與冷卻兩個步驟。在超過固溶度線溫度的環境下，對材料實施熱處理以產生固溶體，比如：Mg2Si含量為1.08%的合金需要在溫度超過500℃的環境下開展熱處理，以確保Mg2Si化合物能夠完全熔化在固態鋁中。然而，如果熱處理溫度小于固相線溫度，則其不會完全熔化。熱處理過程所需要的時間主要是由合金當中Mg2Si化合物粒子的布局情況、熱處理溫度等因素所決定的。零散分布的、細小的Mg2Si化合物粒子相較于聚集的、粗大的化合物粒子有更快的溶解速率;某種形態的Mg2Si粒子溶解速率隨著溫度的提升而加快。為了確保固溶熱處理的有序進行，需要讓高溫環境下處在固溶狀態的合金材料迅速地冷卻至室溫，避免Mg2Si的析出，讓合金元素Si與Mg能夠保留在過于飽和的固溶體中。使得Mg2Si形成分解析出的推動力是固溶體的過飽和程度，而過飽和度隨著溫度的下降而有所提高;但是，析出過程由溶質原子向形核地點的擴散決定，擴散速度跟隨溫度的下降而減慢。

3? 鋁合金擠壓在線淬火的實現條件

擠壓和固溶處理同步開展，需要確保合金元素在淬火前實現完全固溶，并且在冷卻環節不得出現合金元素的分解析出，如此才可以取得有效的性能和組織。為了保證實現以上要求，所選用的擠壓生產線主要包含：第一，錠坯快速加熱爐，比如：火焰直接噴射加熱爐、感應加熱爐等等;第二，可取得所期望室溫組織狀態（也就是合金元素處于過飽和固溶狀態）的冷卻設備，也就是精密“水——霧——氣”在線淬火設備。鋁合金擠壓在線淬火，應當確保其生產能力沒有顯著的降低，同時產品通過張力校正以后滿足技術標準所需求的尺寸、形狀。

對于部分合金系（比如6XXX系），在擠壓以前對錠坯進行預熱時，可以在固相線高溫環境下增加加熱的時間，借此以取得所需的均質狀態及組織變化，確保當擠壓制品由模孔流出的時候合金元素處在固溶狀態。然而，正常情況都是采用快速加熱爐進行加入，并未增加錠坯加熱時間，以上要求無法達到，只有降低生產速率或者增大爐子的尺寸才可實現，所以需開展獨立的均勻化處理，接著加快冷卻速率，以防止產生聚集的析出物。在錠坯擠壓前，最高預熱溫度（也就是合金的熔點共晶物溶化溫度）是影響擠壓速率的主要因素，此代表著較低的擠壓溫度有可能加強生產效率;因此，需要將錠坯溫度控制在0.85Tm（Tm指的是低熔點共晶物溶化溫度）以下。錠坯需加以均勻化處理同時在最短時間內完全冷卻，確保所有強化元素維持在固溶狀態中，其后錠坯擠壓前的預熱是在不會形成析出的環境下開展的，在擠壓環節因為擠壓力能轉化成熱量而導致溫度升高，使得均勻化處理后快速冷卻所形成的細小析出物發生溶解。

擠壓制品離開模具要通過三個時期，也就是臨近淬火、淬火、淬火后冷卻至室溫。為了避免形成分解析出，型材將要進入到淬火區時其溫度必須超過固溶線溫度。如此，那些擠壓速率較慢、固溶線溫度較高的合金，需求模具與淬火區間的距離盡可能小，確保淬火轉移無需花費太多的時間。冷卻設備的冷卻接觸時間、速度需要確保能夠取得所需固溶合金元素的數量，保證產品性能滿足應用要求。此些條件采取持續涌流水或者噴水霧的形式極易實現。然而，此些淬火方法都或許會導致型材發生扭曲、形變，造成后期的張力矯直作業無法持續下去，引起擠壓機出現“堵塞”而大大影響擠壓機的產量。型材扭曲、形變通常需加以補充整形以實現所需求的尺寸允許誤差。因此可知，只要可以滿足所需的冷卻速率，淬火過程中選擇水霧冷卻或者強制空氣冷卻相較于水淬有更好的效果。

4? 結論

綜上所述，鋁合金擠壓在線淬火唯有在其擠壓速度超過3m/min時才能夠實現。在線淬火技術在鋁合金擠壓中的應用，一方面能夠大幅度加強鋁合金產品的強度與硬度，同時相較于立式空氣爐淬火有更高的抗疲勞性、耐腐蝕性;另一方面能夠節約設備投資、減少能源耗費，大幅度減少擠壓時間，可以顯著提升經濟收益。

參考文獻：

[1]吳光治.鋁合金熱處理和鋁合金淬火爐的技術關鍵[J].機械工人，2002（11）：63-64.

[2]劉靜安，盛春磊，王文琴.鋁合金擠壓在線淬火技術[J].輕合金加工技術，2009（2）：7-15.

[3]劉露露.6XXX系鋁合金在線淬火TTP曲線的研究[D].中南大學，2012.