范文一：铝合金淬火工艺
铝合金淬火工艺
一．淬火原理
挤压铝合金大多数是可热处理强化合金，这些合金挤压后经过固溶热处理和时效，便可提高强度，获得有用的组织和性能。可热处理强化铝合金的显著特点是，其主要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（或称淬火）通常包括两个步骤，即固溶处理和冷却。第一步是在固溶度曲线温度以上将材料进行热处理形成固溶体，但是温度要低于固相线温度（或共晶温度），热处理所需时间取决于合金中Mg2Si化合物粒子的大小和分布状况以及热处理温度的高低。细小
的、高度弥散的Mg2Si化合物粒子比粗大的、聚集的粒子会更快溶解。
一定形态的Mg2Si粒子其溶解度随温度的升高而显著提高。第二步是
必须使高温下处于固溶状态的合金材料足够快地冷却到室温，以防止Mg2Si的析出，使得合金元素Mg和Si保留在过饱和固溶体中，为时
效析出作好准备。
二．挤压在线淬火合金希望具有需要的特性
（1） 固溶度线和固相线之间的温度范围宽, 易于控制制品出口温度所希望的固溶温度范围;
（2） 在固溶温度下挤压变形力低, 尽可能减少变形能量和综合温升, 获得较高的允许挤压速度;
（3） 淬火敏感性低, 可对各种不同断面制品采用强制风冷而不需采用水淬;
（4） 采用风冷时材料具有足够的韧性;
（5） 具有符合结构应用的拉伸强度性能"
三．适合挤压在线淬火的合金应具有的条件
（1）合金固态溶解度极限与固相线之间范围宽;
（2）合金可容许溶质原子(合金元素) 某种程度的分解析出, 而不损害材料的使用性能;
（3）合金具有良好的可挤压性, 挤出制品能较好的流出模具到达淬火装置, 使得在模具出口至淬火区之间产生溶质原子(合金元素) 的某些析出很少, 不至于达到不可接受的程度"
（4） 合金最好具有低的临界淬火速度, 尤其在合金用于生产薄壁复杂型材时可进行空气淬火"鉴于迄今为止对现有铝合金特性的了解, 上述条件导致了挤压在线淬火主要局限于Al-Mg-Si系和Al-Zn-Mg系合金"，一般认为, 高强度Al-Cu-Mg 系合金(如2024合金) 和超高强度Al-Zn-Mg-Cu系合金(如7075合金) 需要达到最佳的工艺水平才能实现挤压在线淬火。然而, 这样高的工艺水平在目前还很难达到, 尽管有报道说这两类合金曾在德国二战期间成功地进行了挤压淬火。
四．淬火规程的选择原则
1.淬火加热温度
原则上可以由相图来确定这类合金的加热温度。淬火加热温度的下限为固溶度曲线，而上限为开始熔化温度。一般进行淬火-时效处理的合金，含合金元素浓度的要求比较严格，容许的波动范围小，例如某些铝合金淬火温度仅容许有±2℃~±3℃的波动，还要求在加热过程中金属温度能够保证较好的均匀性。因此，淬火加热所采用的设备一般为温度能准确控制以及炉内温度均匀的浴炉和气体循环炉，工件以单片的方式悬挂于炉中，这不仅能保证均匀加热，而且能保证淬火时均匀冷却。当然，对于淬火温度范围较宽的合金，淬火加热就易于控制。
淬火时金属内部会发生一系列物理-化学变化，除最主要的相态变化外，还会产生再结晶、晶粒长大以及与周围介质的作用等，这些变化对淬火后合金的性能都会带来影响。在确定淬火温度时，应根据不同合金的特点予以考虑。例如，在不发生过烧的前提下，提高淬火温度有助于时效强化过程，但某些合金在高温下晶粒长大倾向大，则应限制最高的加热温度。
过烧是淬火时易于出现的缺陷。轻微过烧时，表面特征不明显，显微组织观察到晶界稍变粗，并有少量球状易熔组成物，晶粒亦较大。反映在性能上，冲击韧性降低，腐蚀速率大为增加。严重过烧时，除了晶界出现易熔物薄层，晶内出现球状易熔物外，粗大的晶粒晶界平
直、严重氧化，三个晶粒的衔接点呈黑三角，有时出现沿晶界的裂纹。在制品表面，颜色发暗，有时也出现气泡等凸出颗粒。
2.淬火加热保温时间
保温的目的在于使相变过程能够充分进行（过剩相充分溶解），使组织充分转变到淬火需要的形态。在工业成批生产的条件下，保温时间应当自炉料最冷部分达到淬火温度的下限算起。保温时间的长短，主要取决于成分、原始组成及加热温度。
温度越高，相变速率越大，所需保温时间越短。
材料的预先处理和原始组织（包括强化相尺寸、分布状态等）对保温时间也有很大影响。通常，铸态合金中的第二相较为粗大，溶解速率较小，它所需要的保温时间远比变形后的合金为长。就同一变形合金来说，变形程度大的要比变形程度小的所需时间短。退火状态合金中，强化相尺寸较已淬火-时效后的合金粗大，故退火合金状态合金淬火加热保温时间较重新淬火保温的时间长得多。
保温时间还与装炉量、工件厚度、加热方式等因素有关。装炉量越多、工件越厚，保温时间越长。浴炉加热比气体介质加热速度快，时间短。为获得细晶粒组织并防止晶粒长大，在保证强化相全部溶解的前提下，尽量采用快速加热及短的保温时间是合理的。
3.淬火速度
合金淬火时的冷却速度必须确保过饱和固溶体被固定下来不分
解防止强化相的析出，降低淬火时效后的力学性能。因此淬火时的冷却速度越快越好。但是冷却速度越大，淬火制品的残余应力和残余变形也越大，因此冷却速度一般要根据不同的合金和不同形状、尺寸的制品来确定。合金的淬火敏感性越强，选择的淬火冷却速率就越大。如2A11、2A12铝合金淬火冷却速率应在50℃/s以上，而7A04铝合金对冷却速率非常敏感，其淬火速率要求在170℃/s。
五.淬火应力
工件在淬火介质中迅速冷却时产生热应力，从而导致材料产生不均匀变形。对于铝合金厚板（厚度>=6mm），尤其是超厚板（厚度>=50mm），淬火应力问题更加突出。淬火后的残余应力会影响到材料的力学性能，如抗应力腐蚀性能、断裂韧度和抗疲劳性能等。如果淬火制品需要进行切削加工处理，可能会影响到淬火应力的亚稳平衡，使淬火制品产生扭拧、翘曲和弯折等缺陷。
合金在淬火冷却过程中工件内沿截面产生一定的温度梯度，表面温度低，心部温度高，表面和心部存在温度差。温度梯度对淬火应力的大小有着重要的影响，而影响温度梯度的淬火工艺因素主要有淬火加热温度、淬火速度、工件截面尺寸和工件截面形状。为了减少淬火后合金的残余应力，应该适当降低淬火冷却速率以减小温度梯度。这种做法对于复杂截面、壁厚差较大的型材特别重要。较为普通的方法就是将淬火介质水的温度提高至60-80℃，也可采用等温淬火和中断淬火技术，或者采用液氮和某些有机介质进行淬火，这样可使工件缓
解防止强化相的析出，降低淬火时效后的力学性能。因此淬火时的冷却速度越快越好。但是冷却速度越大，淬火制品的残余应力和残余变形也越大，因此冷却速度一般要根据不同的合金和不同形状、尺寸的制品来确定。合金的淬火敏感性越强，选择的淬火冷却速率就越大。如2A11、2A12铝合金淬火冷却速率应在50℃/s以上，而7A04铝合金对冷却速率非常敏感，其淬火速率要求在170℃/s。
五.淬火应力
工件在淬火介质中迅速冷却时产生热应力，从而导致材料产生不均匀变形。对于铝合金厚板（厚度>=6mm），尤其是超厚板（厚度>=50mm），淬火应力问题更加突出。淬火后的残余应力会影响到材料的力学性能，如抗应力腐蚀性能、断裂韧度和抗疲劳性能等。如果淬火制品需要进行切削加工处理，可能会影响到淬火应力的亚稳平衡，使淬火制品产生扭拧、翘曲和弯折等缺陷。
合金在淬火冷却过程中工件内沿截面产生一定的温度梯度，表面温度低，心部温度高，表面和心部存在温度差。温度梯度对淬火应力的大小有着重要的影响，而影响温度梯度的淬火工艺因素主要有淬火加热温度、淬火速度、工件截面尺寸和工件截面形状。为了减少淬火后合金的残余应力，应该适当降低淬火冷却速率以减小温度梯度。这种做法对于复杂截面、壁厚差较大的型材特别重要。较为普通的方法就是将淬火介质水的温度提高至60-80℃，也可采用等温淬火和中断淬火技术，或者采用液氮和某些有机介质进行淬火，这样可使工件缓
和均匀地冷却，可明显的减小不均匀变形和淬火应力。但是对于淬火敏感的合金，当淬火冷却速度下降到一定程度时。合金时效后的力学性能就会不达标，因此在保证合金力学性能的前提下适当减小淬火冷却速率是减小淬火应力的有效办法。
六.淬火敏感性
淬火敏感性反应的是淬火冷却速率与时效强化效果的相关性，涉及到材料高温状态向低温状态转变的动力学理论。对于无多型性转变的扩散型相变材料，如果合金的淬火敏感性越高，说明合金经固溶处理后形成的过饱和固溶体的稳定性就越低，合金就越能在较高的淬火冷却速率条件下将过饱和形式从固溶温度固定至室温。有关研究表明，淬火敏感性产生的原因是因为合金经缓冷时发生平衡相的脱溶析出，这样不但降低了合金的过饱和度，而且在时效过程中长大，吸收周围的溶质原子产生贫溶质区，抑制了GP区和亚稳相的脱溶析出，最终减弱了合金时效强化效果。
1.淬火敏感性机理
众所周知，7000 系铝合金的高强度和高硬度主要是通过时效于铝基体中析出高密度纳米级沉淀强化相η′(MgZn2)来实现的。一般而言，η′相越细小、体积分数越高，合金的强度越高。η′相的体积分数受到合金元素 Zn 和 Mg 含量的影响，Zn 和 Mg 的含量越高，η′相的体积分数越高。7000 系铝合金在固溶处理后，需快冷
至室温，以将合金元素 Zn、Mg 和 Cu 元素“冻结”在 Al 基体中，形成过饱和固溶体，为时效调控性能奠定基础。淬火过程中过饱和固溶体不稳定，当小于临界冷却速率时，会发生分解而在晶内和(亚)晶界上析出平衡相(通常为 η(MgZn2)相)，如图1 所示。这些相尺寸较大，几乎没有强化效果，同时消耗了很多的 Zn、Mg 合金元素，大大降低了 Al 基体中溶质原子浓度和空位浓度。溶质原子浓度的降低导致时效后基体中可形成的 η′强化相的体积分数大大减小，而且平衡相周围存在无沉淀析出带(PFZ)；空位浓度的减小降低了沉淀强化相的弥散程度、增加了尺寸，从而导致合金的强度和硬度降低。这通常被认为是合金强度和硬度淬火敏感性产生的主要原因。淬火速率减小促使晶界及亚晶界上粗大平衡相的析出，增加了晶界第二相的尺寸和覆盖率以及晶界无沉淀析出带(PFZ)宽度，提高了合金变形时沿晶和沿亚晶断裂的比例和腐蚀环境下沿晶侵蚀速率，从而降低合金时效后的韧性、塑性及抗晶间、剥落等腐蚀能力。
2.影响淬火敏感性高低的因素
回顾以往的研究可以发现，影响 7000 系铝合金淬火敏感性的因素主要包括化学成分、制备工艺及微观组织，而化学成分和制备工艺又会影响微观组织，下面对此进行了总结。
2.1 合金元素的影响
7000 系铝合金中主要包括了主合金元素 Zn、Mg和 Cu，微合
金化元素 Cr、Mn、Zr 和 Sc 等，以及杂质元素 Fe 和 Si，其含量和比例对合金的淬火敏感性都有影响。
（1） 主合金元素
Zn 和 Mg 是主要的合金元素，其添加可形成 η 等强化相，一般而言，合金元素总含量越高，固溶后溶质原子浓度升高，增加了冷却时固溶体的分解倾向，增加合金的淬火敏感性。Zn、Mg 和 Cu 元素含量增加通常都会提高合金的淬火敏感性。DENG等通过末端淬火实验研究了Mg含量对7085型铝合金淬火敏感性的影响，结果表明合金中 Mg 含量为1.0%、1.4%和 2.0%(质量分数)时，其淬透层深度分别为 100 mm 以上、65 mm 和 40 mm，因此，该合金的淬火敏感性随 Mg 含量的增加而增加。Mg 含量的增加会降低其它主要元素在铝中的溶解度，MgZn2相析出的驱动力增大，析出的峰值温度提高，温度变化区间也增大，因而淬火敏感性增加。添加 Cu 元素会增加淬火敏感性，这是因为 Cu 会降低 Zn 和 Mg 在铝基体中的溶解度，并提高过饱和度。在 Zn、Mg、Cu 3 种元素中，BRYANT和 LI 等认为 Cu 元素对淬火敏感性的影响最大，其次是 Mg 和 Zn，但GARCIA-CORDOVILLA 和 LOVIS根据 Zn 和 Cu对固态相变的影响认为Cu和Zn对淬火敏感性的影响相当，刘文军认为 Mg 元素对淬火敏感性的影响最显著。在总含量相当时，调整 Zn、Mg、Cu 3 种元素之间的比值可改变合金的淬火敏感性。如 B95 合金的淬火敏感性会因 w(Zn)/w(Mg)比值增加而减小，降低 Cu+Mg 总量和提高 w(Zn)/w(Mg)比值可显著降低7175 铝合金的淬火敏感性w(Zn)/w(Mg)
比值增加可推迟固溶体的分解。从表 1 中一些低淬火敏感性合金的化学成分变化可知，Zn 含量呈上升的趋势，Mg和 Cu 含量呈下降的趋势，w(Zn)/w(Mg)比值整体呈上升的趋势，这说明这些成分的调整是有利于淬火敏感性的降低。但 Zn 含量上升会增加合金的密度，如 7050铝合金的密度约 2.83 g/cm3，而 7085 的约 2.85 g/cm3，这对航空构件的轻量化不利。因此，在主合金元素影响淬火敏感性的规律及影响机理方面仍需开展更深入、系统的工作，为研发低密度、低淬火敏感性铝合金奠定基础，满足航空工业轻量化发展的需求。
（2）微合金化元素
在 7000 系铝合金中微合金化元素通常有 Cr、Mn、Zr、Sc 等，其主要目的是提高合金的再结晶温度，阻碍热变形和随后固溶处理时再结晶的发生，细化晶粒，从而改善合金的性能。Cr 和 Mn 可加速固溶体的分解，提高合金淬火时的临界冷却速率，增加淬火敏感性；相比之下，Zr 可保持 Zn、Mg 和 Cu 在铝固溶体中的稳定性，减小淬火敏感性，提高半成品的淬透性。在 7000 系铝合金中采用 Zr 代替 Mn 和 Cr，能够显著降低淬火敏感性。含 Zr 合金均匀化后常析出共格的 Al3Zr 相，而含 Cr 合金中析出非共格的E(Al18Cr2Mg3)相。冷却速率较小时，粗大平衡相更易于非共格的 E 相上析出。在 2~40 ℃/s 的冷却速率范围内，含 Zr 合金具有更高的强度；以 Zr 代 Cr 可使125 mm 厚的板材强度提高约 50 MPa，同时保持断裂韧性相当。因此，低淬火敏感性合金中的 Cr 含量都很低，如表 1 所列。B93 合金添加 Zr 后淬火敏感性增加，Al-Zn-Mg-Cu-Zr 合金中添加
Co 元素可显著降低淬火敏感性。Sc 的加入可降低 Al-Zn-Mg-Cu 合金固溶体的稳定性，其作用较 Zr 和 Mn 要大，但小于Cr 的；Sc 含量越高时，保持的非再结晶组织越多，亚晶粒平均尺寸越小，亚晶界越多，而缓冷时，η 平衡相形核的位置越多，合金的淬火敏感性越高。微量元素的含量对合金淬火敏感性也有很大的影响。B95 合金的淬火敏感性随 Cr 和 Mn 含量的减小而降低。本文作者研究了 Zr 含量(0~0.15%)对 7055 型铝合金淬火敏感性的影响，发现和无 Zr 合金相比，含 Zr 合金的淬火敏感性增加，当 Zr 含量为 0.1%时，合金具有最高的淬火敏感性，此时经空气淬火的合金时效后强度较水淬的低了 30%。
（3） 杂质元素
众所周知，Fe 和 Si 是 7000 系铝合金中的主要杂质元素，对塑性、韧性等有不利影响，但对淬火敏感性有没有显著的影响还不清楚，公开的报道很少。从表 1 可知，合金中的 Fe、Si 杂质元素含量呈先降低再有所上升的趋势，似乎对淬火敏感性没有太大的影响。但有学者认为它们的存在可能会增加合金的敏感性，并加强微量元素的作用。为了能够全面认识 7000系铝合金的淬火敏感性，有必要开展这方面的工作，探明其影响规律和作用机理，为控制杂质元素含量进一步改善材料综合性能提供依据。
2.2 微观组织的影响
就微观组织对 7000 系铝合金淬火敏感性的影响而言，主要考虑
淬火过程中充当平衡相非均匀形核的位置和数量，如晶界、亚晶界、弥散粒子及粗大金属间化合物。当合金中仅有晶界和粗大金属间化合物时，淬火敏感性很低。弥散粒子的影响不仅取决于粒子的种类，还取决于粒子的形态和尺寸。合金中添加 Cr形成非共格的 E(Al18Cr2Mg3)相，更容易激发平衡相的形核，因此淬火敏感性很高；在含 Zr 合金中，细小共格 Al3Zr 粒子的存在对淬火敏感性没有明显的影响，而大的非共格 Al3Zr 粒子的存在增加了合金的淬火敏感性。合金中的再结晶程度对淬火敏感性有很大的影响。如在 7050 铝合金中再结晶分数从15%增至 80%时，合金时效后的强度下降程度从 6%增至 12%，而断裂韧性下降程度从 45%减小至 32%，但伸长率下降程度差别不大。合金中亚晶界数量的增加导致缓冷时 η 平衡相析出的数量增多，提高淬火敏感性；而亚晶界的取向差增大可增加 η 平衡相形核率，从而提高淬火敏感性。仅考虑淬火敏感性时，合金中的界面(晶界，相界)越少越好，但会降低其它性能。因此，需要开展更深入的工作来探明最佳的微观组织模式，使合金具有低淬火敏感性的同时还具有高强度高韧性耐蚀及良好的抗疲劳性能。
2.3 制备工艺的影响
一般来讲，7000 系铝合金的制备过程主要包括熔炼和铸造、铸锭均匀化、塑性变形、固溶、淬火和时效，每一个工序对淬火敏感性都会产生影响。
（1） 铸造工艺
铸造工艺会影响固溶体的稳定性，进而影响淬火敏感性。ZAKHAROV 和 LEVIN通过绘制 TTP 曲线研究了铸造条件对 Al-Zn-Mg 合金固溶体稳定性的影响，发现增加铸锭的直径、减小浇注速度及降低熔体的温度可提高固溶体的稳定性，降低淬火敏感性；例如铸锭直径从 92 mm 增加至 370 mm 时，合金淬火时的临界冷却速率从 35 ℃/s 降至 15 ℃/s；当浇注速度从 120 mm/min 减小至 30 mm/min 时，合金的临界冷却速率从 42 ℃/s 降至 28 ℃/s。其本质在于铸造工艺改变了过渡族元素在铸锭中的分布特点，即是形成粗大金属间化合物，还是保留在过饱和固溶体中随后以弥散粒子的形式析出。
（2） 均匀化制度
铸锭均匀化是 7000 系铝合金制备的一个关键工序，均匀化可改变弥散粒子的析出状态，进而改变合金中的晶粒组织(如再结晶分数)，必然对淬火敏感性产生影响。合理的均匀化制度可有效降低合金的淬火敏感性，如 7050 合金铸锭经快速和慢速升温均匀化之后，轧制板材空冷并时效后的硬度较水淬的分别下降了 26.3%和 21.8%；Al3Zr 粒子析出最少的均匀化制度对应淬火敏感性最低，空冷合金较水淬的硬度只下降了 15.8%。
（3）热变形
塑性变形可提高合金的淬火敏感性，如 7050 和7055 铝合金热轧变形后，其淬火敏感性极大地增加。变形程度越大，合金的淬火敏感性越高，如对 7050 铝合金的研究发现，轧制变形量分别为0%、
30%、50%和 85%时，空冷试样时效后的硬度较20 ℃水淬的分别下降了 4%、12%、28%和 42%。变形速率也会影响合金的淬火敏感性，如对 7050 铝合金研究发现，轧制变形速率为 5、8、15 s?1时，空冷试样时效后的硬度较水淬分别下降了 19.2%、22.1%和36.9%。塑性变形对合金淬火敏感性的影响程度还受微量元素的影响，如研究发现含 Zr 和 Hf 合金的淬火敏感性随变形程度增加而变大，但含 Cr 合金的淬火敏感性却不受变形程度的影响。微观组织研究表明，热变形之所以对淬火敏感性产生影响，是因为合金中的再结晶程度、亚晶大小、亚晶界及弥散粒子的性质因变形而被改变。
（4） 固溶处理
7000 系铝合金固溶处理时，可溶第二相溶解的同时基体往往会发生再结晶，改变微观组织必然对淬火敏感性产生影响。如采用末端淬火方法对 7050 铝合金的研究表明，当固溶温度从 475 ℃提高至 490 ℃时，合金的淬火敏感性降低，其淬透层深度从约 55 mm增加至 75 mm，提高了 36%。一般来讲，再结晶的发生会导致弥散粒子与基体间的界面由(半)共格关系转变成非共格关系，增加缓冷时平衡相的形核位置，提高淬火敏感性；因此，在固溶处理时如何控制再结晶是非常重要的。
（5）时效制度
合金的淬火敏感性高低是不同淬火条件下时效后性能的下降程度来体现的，因此，时效制度不同，性能的下降程度也有差别。如通过双级时效处理，可使慢速淬火 7055 铝合金时效后性能的下降程度
大大降低；通过在人工时效前引入长时间的自然时效可提高 7055 铝合金厚板的淬透层深度。这种影响主要是因为时效改变了慢速淬火合金中沉淀强化相的析出状态，慢速淬火后溶质浓度和空位浓度都降低，相对单级时效而言双级时效能够使缓慢冷却合金中得到更多强化相，分布也更均匀弥散，减小了空位浓度下降带来的不利影响，降低了淬火敏感性效应。
2.4 C曲线
C曲线即合金中固溶体析出作用随温度和时间变化的关系曲线，通常可以用来说明合金的淬火敏感性：如果合金的C曲线向右移，表示其淬火敏感性较低。
2.5不均匀变形
在淬火敏感性较高的合金中, 较厚的型材需要比风冷或水雾冷却更快的冷却速度, 因此必须进行水淬来获得令人满意的拉伸强度性能"在水淬过程中可能会形成蒸气薄层, 造成冷却速度局部降低, 而且导致制品形状扭曲"这种情况在静止水淬火条件下最容易出现"因此最好采用涌流水来冷却型材"即使如此, 在挤压速度较高或型材各部位厚度差很大时, 由于沿制品断面冷却速度不均,也可能产生形状的扭曲"。
型材在喷水淬火过程中的扭曲变形表现在高温区时最为敏感，因而提出了“渐进式”淬火工艺。在淬火装置整个长度上设置几个不同
控制区段，当型材温度有所下降时采用较高以至更高的冷却速度。这种多功能的冷却装置，包括有细雾喷射、低压喷水、高压喷水系统。使型材各部位的冷却速度更加均匀。
一般来说，当型材厚度小于4mm时采用气淬；壁厚为4-8mm采用雾淬；而壁厚大于8mm时，必须采用水淬才能获得均匀合格的性能。用水淬时要注意防止型材的变形。
七．设计在线淬火主要考虑因素
为使挤压铝型材在线淬火达到较理想的效果，必须综合以下几方面因素考虑：
1、足够的冷却速度，足够的冷却速度是在线淬火的必备条件。只有足够的冷却速度，才能确保过饱和固溶体被固定下来不分解，防止强化相析出，才能保证型材淬火时效后的力学性能达到最佳水平。要达到足够的冷却速度，就要配置合理的冷却源、冷却长度以及冷却密度。冷却源就是指风机、水泵以及相应的冷却介质，冷却长度就是指风口、喷管或水槽的长度，冷却密度就是指风口或喷头的分布密度。而这三方面都要根据该生产线所生产型材的最大线密度、不同合金的淬火对冷却速度敏感性强弱以及挤压出材的速度综合计算来确定。所生产的型材线密度越大、合金的淬火对冷却速度敏感性越强、挤出速度越快，所要配置的风机和水泵越大，风口和喷头的长度就要越长，数量就要越多，用水作介质的水温就要越低。当低温的水都满足不了冷却速度的情况下，还可以在水中加入不同的溶剂来调节水的冷却能
力。比如聚乙醇，通过调节聚乙醇水溶液的浓度来控制冷却速度。
2、如何使型材整体（型材截面的径向和型材的纵向）冷却速度保持基本一致。只有冷却速度基本一致，才能确保型材淬火效果基本一致，从而保证型材性能的均匀性，有效减少型材的变形和弯扭。要保证型材截面径向的冷却速度一致，就要保证截面径向冷却强度能够根据型材截面结构情况、壁厚的厚薄进行调节。比如壁厚较厚的一侧需要冷却强度高，壁厚较薄的一侧则需要冷却强度低些，这样就可使得型材截面同一时间内冷却到相同的温度。而要保证型材纵向的淬火强度一致，就要保证纵向上所受的冷却时间一致，也就是纵向上每部分通过淬火区的有效时间一致。
3、如何适应不同型材截面宽高比的变化。特别中大型挤压机所生产的型材截面宽高比变化非常大，当生产板材时，宽高比可能达到100:1以上，而生产管材或棒材时，宽高比可能是1:1。在这么大的宽高比变化情况下，如何保证型材上下左右各个表面与风口和喷头之间的距离合适，从而保证有效的冷却速度和减少能耗。
4、如何使装置的操作性比较强，能方便操作人员进行调节控制。
5、在满足以上四点的前提下，如何有效降低运行的成本。
八．在线淬火系统
淬火系统分上下两部分，下部淬火槽固定，上部风箱和水罩可升降。当挤第一根棒时，上部风箱和水罩先升起来，让型材通过后上部风箱和水罩再降下来，系统开始工作。风冷系统分两级调节，变频器
和压力传感器组成一级调节，调节风机的总风量；调节阀调节各支路风门来控制支路风量，实现二级调节。为了解决截面周向冷却的均匀性，以挤压机中心线为中心，围绕中心线平行分布若干路风口，具体多少路要根据具体生产线所生产的型材截面宽度来确定。每一路风口都可单独调节风量，以满足不同合金和壁厚所需要的冷却速度，确保截面上各个位置淬火均匀。如图1。
图1.
根据挤压机吨位不同，围绕挤压中心线选择若干列喷雾头，顶部、底部和左右两侧分别布置，能够任意启闭、切换每一列喷雾头。根据不同合金、不同型材截面来选择哪一路喷雾，选择哪一路风量的大小进行组合，以达到最佳的淬火效果。
水冷系统由变频器和压力传感器组成一级控制系统，调节水泵的总水量水压，并具有稳压功能。由调节阀和各支路组成二级调节。根
据挤压机吨位不同，围绕挤压中心线选择若干列喷淋头，顶部、底部和左右两侧分别布置。能够任意启闭、切换每一列喷淋头，并可随时调整每一列喷淋的出水量。在面向挤压机方向，可对上、下方向或左、右方向的喷淋管的供水量进行差异调 整。铝型材截面的各个位置在挤出后都获得了相同的冷却速度，有效控制了淬火过程可能出现的弯曲变形。
图2.
挤压换棒过程，全部立刻停止或全部继续保持冷却喷淋都不是理想的方法，这样会造成型材纵向的机械性能不一致和弯曲变形。每一路喷管的纵向分为两段，并用气动阀控制顺序启闭。换棒停止挤出时，从冷床往挤压机方向按次序关闭这两段喷管；换棒后开始挤出时，从挤压机出料方向按次序开启这两段喷管。
图3.
为了解决型材宽高比变化过大，引起上下左右风口或喷头与型材表面之间距离变化过大，我们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。
图4.
2014-10-21
范文二：铝合金淬火工艺
铝合金淬火工艺 发布日期:2010-5-1 收藏 评论 没有找到想要的知识 铝合金淬火工艺简介:一、淬火加热温度的选择 工业挤压铝合金制品不像建筑铝型材 6063 合金，可以在挤压时用风冷或水冷进行淬火在线淬火，而多数合金要在专门的加热和冷却设备淬火炉和冷却槽中进行淬火处理。淬火的...淬火加热温度的选择 工业挤压铝合金制品不像建筑铝型材 6063 合金，可以在挤压时用风冷或水冷进行淬火在线淬火，而多数合金要在专门的加热和冷却设备淬火炉和冷却槽中进行淬火处理。淬火的加热温度、转移时间、冷却方式都有严格的规定。1(淬火加热温度的选择 淬火加热温度主要根据相图中低熔点共晶温度和合金溶解度曲线的温度来选择。如图 3—5—2 为二元相图示意图。成分为 B1 的合金只有温度高于 t 溶时β相溶于基体形成单一的α固溶体。当温度继续升高到 t 共时， 超过了非平衡结晶条件下的低熔点共晶温度，即产生低熔点共晶体熔化，称过烧。金属制品过烧，造成废品。因此淬火加热温度必须低于共晶温度过烧温度，而 高于合金的溶解度曲线温度。从理论上讲共晶温度与过烧温度是一致的。实际上由于非平衡结晶以及杂质元素的加入，实际的过烧温度比理论上的共晶温度略低。所 t以一般选择淬火温度都是低于过烧温度 l0, 30? 。 溶与 t 共之间的温度范围窄的选下限，t 溶与 t 共之间的温度范围宽的视工艺和性能情况而选择。 淬火加热温度是铝合金热处理中的一个重要的工艺参数，由图 3—5—2 可知，铝合金的淬火加热温度范围很窄，应适当选择，且其温度波动范围一般不应超 过? 3? 。但由于铝合金制品淬火大多采用立式淬火
? 以内， 多数淬火炉的温差都有? 5? 甚至更大，所炉， 其温差很难保证在? 3
以淬火加热温度的温差通常控制 在? 5? 。 一般来说在保证不发生过烧的前提下，应尽量提高淬火加热温度。因为温度越高，合金元素和强化相固溶越好，则淬火时效后的力学性能就越高。如图 3 —5—3、图 3—5—4 和图 3—5—5 所示。部分工业铝合金的淬火加热温度见表 3—5—1。图 3—5—2 淬火加热温度与合金成分的关系图 图 3—5—3 2A 02 合金φ 2mm 棒材 淬火温度对力学性能影响 图 3—5—4 2A 16 合金φ 2mm 棒材 图 3—5—5 2A 17 合金φ 30mm 棒材 淬火温度对力学性能影响 淬火温度对力学性能影响表 3—5—1 铝合金型、棒材淬火温度表合金 炉膛控制温度/? 开始保温温度/? 淬火温度/? 合金 炉膛控制温度/? 开始保温温度/? 淬火温度/?7005 446,454 445 450?5 2A 02，20142A 14， 2A 04 500,505 500 503?57075 7A 09 458,465 458 463?5 2A 502B50 510,515 510 512?57A 10 7A 03
470,475 470 472?5 6A 02 2A 90 516,521 516 518?57A 04 472,477 472 474?5 2A 1760616063.2A 10 520,525 520 523 ?57A 157003 465,475 466 470?5 2A 70 2A 80
2A 13 526,531 526 528?52A 122024φ 20 mm 制品 493,497 493 495?5 4A 1163516082 525,535 525 530?52A 122024φ? 20 mm 496,502 497 500?5 2B12 485,495 485 490 ?52A 06 2A 012B11 495,505 495 500?5 2A 16 2A 17 530,540 530 535?52A 112017 495,499 495 497 ?52(淬火加热保温时间 淬火加热保温时间主要取决于强化相的固溶速度。而强化相的固溶速度又与淬火加热温度、合金的本性、组织状态、制品断面大小、加热条件、介质及装炉多少等因素有关。 一般淬火加热温度偏上限时，其保温时间相应要短一些。经过高温挤压、变形程度较大的，保温时间较短。而预先经过退火的制品，由于其强化相缓慢析出较粗大， 使其强化相溶解速度较慢，因而保温时间相应的长一些。制品在热空气中加热和在盐浴中加热其保温时间大不一样。 在盐浴中加热的时间要短得多。 工业用铝合金型、棒材
多数是用立式空气淬火炉，其保温时间是以金属表面温度或炉膛温度达到淬火温度下限开始计算保温时间。 表 3—5—2 列出了铝合金型、棒材在立式空气淬火炉中，不同制品尺寸的加热保温时间。表 3—5—3 为管材在立式空气淬火炉中，不同壁厚的加热保温时间。淬火加热保温时间必须保证强化相充分溶解，才能获得最大的强化效果。但加热时间也不宜太长，在某些情况下，反而会使合金性能降低。二、淬火加热保温时间 淬火加热保温时间主要取决于强化相的固溶速度。而强化相的固溶速度又与淬火加热温度、合金的本性、组织状态、制品断面大小、加热条件、介质及装炉多少等因素有关。 一般淬火加热温度偏上限时，其保温时间相应要短一些。经过高温挤压、变形程度较大的，保温时间较短。而预先经过退火的制品，由于其强化相缓慢析出较粗大， 使其强化相溶解速度较慢，因而保温时间相应的长一些。制品在热空气中加热和在盐浴中加热其保温时间大不一样。 工业用铝合金 型、 在盐浴中加热的时间要短得多。 棒材多数是用立式空气淬火炉，其保温时间是以金属表面温度或炉膛温度达到淬火温度下限开始计算保温时间。 表 3—5—2 列出了铝
—5—3 为合金型、棒材在立式空气淬火炉中，不同制品尺寸的加热保温时间。表 3管材在立式空气淬火炉中，不同壁厚的加热保温时间。淬火加热保温时间必须保证强化相充分溶解，才能获得最大的强化效果。但加热时间也不宜太长，在某些情况下，反而会使合金性能降低。表 3—5—2 铝合金型、棒材在立式空气淬火炉中加热保温时间型材壁厚棒材直径/mm 加热时间/min型材壁厚棒材直径/mm 加热时间/min制品长度 13m 制品长度? 13m制品长度 13m制品长度? 13m?3.03.1,5.05.1,10.010.1,12.012.1,30.0 3045607590 45607590120 30.1,40.040.1,60.060.1,100.0100.0 105150180210 135150180210表 3—5—3 铝合金管材在立式空气淬火炉中加热保温时间 壁厚/mm 加热时间/min 壁厚/mm 加热时间/min ?2.O 2.1,5.0 5.1,10.0 30 40 60 10.1,20.0 20.0 75 90三、淬火转移时间 许多工业热处理强化合金如 2A 12， 7A 04 等高强度铝合金，不像建筑铝型材如 6063合金那样可以在空气中淬火，即较小的冷却速度就可以阻止强化相的析 出。 它们从淬火加热炉中拿出，转移到淬火水槽中，短短的十几秒钟甚至是几秒钟在空气中冷却，就会有强化相的析出，影响强化效果。表 3—5—4 列出了 7A 04 合金不同转移时间对淬火后的力学性能的影响。表 3-5-4 7A 04 合金淬火转移时间对制品力学性能的影响 淬火转移时间/s 抗拉强度 sh/MPa 屈服强度 s0.2/MPa 伸长率δ/ 3 10 20 30 40 60 533 525
517 460 427 404 503 485 461 385 354 316 11.2 10.7 10.3 12.0 11.6 11.0 因此淬火转移时间是铝合金淬火工艺中必须规定的工艺参数之一。即制品从淬火炉中转移到淬火介质中，必须在规定的最大转移时间内完成。这一时间称最大容许转 移时间或淬火延迟时间。这一时间与合金的成分、材料的形状、设备操作的自动化程度有关。条件允许的话，淬火转移时间越短越好。一般工艺规定:小型材的转移 时间不应超过 20 s，大型的或成批淬火的型材，不应超过 40 s。对于超硬铝合金如 7A 04，转移时间不应超过 15 s。四、淬火冷却速度 淬火时的冷却速度必须确保过饱和固溶体被固定下来不分解。防止强化相析出，降低淬火时效后的力学性能。因此淬火时的冷却速度越快越好。但是冷却速度越大，淬火制品的残余应力和残余变形也越大，因此冷却速度要根据不同的合金和不同形状、 尺寸的制品来确定。一般合金的淬火对冷却速度敏感性强的，选择的冷却速度要大。如 2A 11， 2A 12 合金淬火冷却速度应在 50? /s 以上，而 7A 04 合金对冷却速度非常敏感，其淬火冷却速度要求
在 170?/s 以上。 对于形状、尺寸大小不同的制品应采用不同的冷却速度，通常主要靠调整淬火介质的温度来实现。对于形状简单、中小型、棒材可用室温水淬火水温一般 l0, 35? ，对于形复杂、壁厚差别较大的型材，可用 40, 50? 的水淬火。而对于特别易产生变形的制品，甚至可以将水温升至 75, 85? 进行淬火。试 验证明随着水温升高使其淬火制品的力学性能和抗蚀性能有所降低。 铝合金最常用的淬火介质是水。因为水的粘度小、热容量大，蒸发热快，冷却能力强，而且使用非常方便、经济。但是它的缺点是在加热后冷却能力降低。淬火加热的制品在水中冷却可以分为三个阶段:第一阶段为膜状沸腾阶段。当炽热制品与冷水刚接触时，在其表面立即形成一层不均匀的过热蒸汽薄膜，它很牢固，导热性不好，使制品的冷却速度降低。第二阶段为气泡沸腾阶段。当蒸汽薄膜破坏时，靠近金属表面的液体产生剧烈的沸腾，发生强烈的热交换。第三阶段为热量对流阶段， 冷却水的循环，或制品左右摆动、或上下移动，增加制品表面与水产生对流的热交换，以提高冷却速度。 根据上面分析，为了很快突破第一阶段，迸一步冷却，保证淬火制品冷却均匀，需要在淬火水槽中装有压缩空气管，以便搅拌，同时制品入水槽后要作适当的摆动。另外为保证水温不会升高太多，淬火槽应有足够的容量一般应为淬火制品总体积的 20 倍以上。而且冷却水应有循环装置。 除了调节水温来控制淬火冷却速度外，还可以在冷却水中加入不同的溶剂来调节水的冷却能力。通常采用聚乙醇水溶液作为冷却介质，同时还可以调节聚乙醇水溶液浓度来控制制品淬火的冷却速度。一般易变形的制品，经常用这种聚乙醇水溶液来淬火
范文三：铝合金淬火工艺
一、淬火加热温度的选择 工业挤压铝合金制品不像建筑铝型材6063合金，可以在挤压时用风冷或水冷进行淬火(在线淬火)，而多数合金要在专门的加热和冷却设备(淬火炉和冷却槽)中进行淬火处理。淬火的...
工业挤压铝合金制品不像建筑铝型材6063合金，可以在挤压时用风冷或水冷进行淬火
(在线淬火)，而多数合金要在专门的加热和冷却设备(淬火炉和冷却槽)中进行淬火处理。淬火的加热温度、转移时间、冷却方式都有严格的规定。
1．淬火加热温度的选择
淬火加热温度主要根据相图中低熔点共晶温度和合金溶解度曲线的温度来选择。如图
3—5—2为二元相图示意图。成分为B
的合金只有温度高于t时β相溶于基体形成单一的1溶
α固溶体。当温度继续升高到t时， 超过了非平衡结晶条件下的低熔点共晶温度，即产生共
低熔点共晶体熔化，称过烧。金属制品过烧，造成废品。因此淬火加热温度必须低于共晶温
度(过烧温度)，而 高于合金的溶解度曲线温度。从理论上讲共晶温度与过烧温度是一致的。
实际上由于非平衡结晶以及杂质元素的加入，实际的过烧温度比理论上的共晶温度略低。所 以一般选择淬火温度都是低于过烧温度l0～30?。t与t之间的温度范围窄的选下限，t溶共溶与t之间的温度范围宽的视工艺和性能情况而选择。 共
淬火加热温度是铝合金热处理中的一个重要的工艺参数，由图3—5—2可知，铝合金的淬火加热温度范围很窄，应适当选择，且其温度波动范围一般不应超 过?3?。但由于铝合金制品淬火大多采用立式淬火炉，其温差很难保证在?3?以内，多数淬火炉的温差都有?5?
甚至更大，所以淬火加热温度的温差通常控制 在?5?。一般来说在保证不发生过烧的前提
下，应尽量提高淬火加热温度。因为温度越高，合金元素和强化相固溶越好，则淬火时效后
的力学性能就越高。如图3 —5—3、图3—5—4和图3—5—5所示。部分工业铝合金的淬火
加热温度见表3—5—1。
图3—5—2淬火加热温度与合金成分的关系图 图3—5—3 2A02合金φ2mm棒材
淬火温度对力学性能影响
图3—5—4 2A16合金φ2mm棒材 图3—5—5 2A17合金φ30mm棒材
淬火温度对力学性能影响 淬火温度对力学性能影响
表3—5—1铝合金型、棒材淬火温度表
炉膛控制 开始保温 淬火温度 炉膛控制 开始保温 淬火温度 合金 合金 温度/? 温度/? /? 温度/? 温度/? /?
2A02，2014 7005 446～454 445 450?5 500～505 500 503?5 2A14，2A04
7075,7A09 458～465 458 463?5 2A50,2B50 510～515 510 512?5
7A10,7A03 470～475 470 472?5 6A02,2A90 516～521 516 518?5
2A17,6061 7A04 472～477 472 474?5 520～525 520 523 ?5 6063.2A10
7A15,7003 465～475 466 470?5 2A70,2A80,2A13 526～531 526 528?5
2A12,2024 493～497 493 495?5 4A11,6351,6082 525～535 525 530?5 (φ>20 mm制品)
2A12,2024 496～502 497 500?5 2B12 485～495 485 490 ?5 (φ?20 mm)
2A06,2A01,2B11 495～505 495 500?5 2A16,2A17 530～540 530 535?5
2A11,2017 495～499 495 497 ?5 2．淬火加热保温时间
淬火加热保温时间主要取决于强化相的固溶速度。而强化相的固溶速度又与淬火加热温
度、合金的本性、组织状态、制品断面大小、加热条件、介质及装炉多少等因素有关。
一般淬火加热温度偏上限时，其保温时间相应要短一些。经过高温挤压、变形程度较大
的，保温时间较短。而预先经过退火的制品，由于其强化相缓慢析出较粗大， 使其强化相溶解速度较慢，因而保温时间相应的长一些。制品在热空气中加热和在盐浴中加热其保温时间
大不一样。在盐浴中加热的时间要短得多。工业用铝合金型、棒材多数是用立式空气淬火炉，
其保温时间是以金属表面温度或炉膛温度达到淬火温度下限开始计算保温时间。
表3—5—2列出了铝合金型、棒材在立式空气淬火炉中，不同制品尺寸的加热保温时间。
表3—5—3为管材在立式空气淬火炉中，不同壁厚的加热保温时间。淬火加热保温时间必须
保证强化相充分溶解，才能获得最大的强化效果。但加热时间也不宜太长，在某些情况下，
反而会使合金性能降低。
淬火加热保温时间主要取决于强化相的固溶速度。而强化相的固溶速度又与淬火加热温
度、合金的本性、组织状态、制品断面大小、加热条件、介质及装炉多少等因素有关。
一般淬火加热温度偏上限时，其保温时间相应要短一些。经过高温挤压、变形程度较大
的，保温时间较短。而预先经过退火的制品，由于其强化相缓慢析出较粗大， 使其强化相溶解速度较慢，因而保温时间相应的长一些。制品在热空气中加热和在盐浴中加热其保温时间
大不一样。在盐浴中加热的时间要短得多。工业用铝合金 型、棒材多数是用立式空气淬火炉，
其保温时间是以金属表面温度或炉膛温度达到淬火温度下限开始计算保温时间。
表3—5—2列出了铝合金型、棒材在立式空气淬火炉中，不同制品尺寸的加热保温时间。
表3—5—3为管材在立式空气淬火炉中，不同壁厚的加热保温时间。淬火加热保温时间必须
保证强化相充分溶解，才能获得最大的强化效果。但加热时间也不宜太长，在某些情况下，
反而会使合金性能降低。
表3—5—2铝合金型、棒材在立式空气淬火炉中加热保温时间
加热时间/min 加热时间/min 型材壁厚棒材 型材壁厚棒材
直径/mm 直径/mm 制品长度<13m 制品长度?13m=""><13m 制品长度?13m="">
?3.0 30 45 30.1～40.0 105 135
3.1～5.0 45 60 40.1～60.0 150 150
5.1～10.0 60 75 60.1～100.0 180 180
10.1～12.0 75 90 >100.0 210 210
12.1～30.0 90 120
表3—5—3铝合金管材在立式空气淬火炉中加热保温时间
壁厚/mm 加热时间/min 壁厚/mm 加热时间/min
?2.O 30 10.1～20.0 75
2.1～5.0 40 >20.0 90
5.1～10.0 60
许多工业热处理强化合金如2A12，7A04等高强度铝合金，不像建筑铝型材如6063合金那样可以在空气中淬火，即较小的冷却速度就可以阻止强化相的析 出。它们从淬火加热炉中拿出，转移到淬火水槽中，短短的十几秒钟甚至是几秒钟在空气中冷却，就会有强化相的析
出，影响强化效果。表3—5—4列出了 7A04合金不同转移时间对淬火后的力学性能的影响。
表3-5-4 7A04合金淬火转移时间对制品力学性能的影响
淬火转移时间/s 伸长率δ/% 抗拉强度,/MPa 屈服强度,/MPa h0.2
3 533 503 11.2
10 525 485 10.7
20 517 461 10.3
30 460 385 12.0
40 427 354 11.6
60 404 316 11.0
因此淬火转移时间是铝合金淬火工艺中必须规定的工艺参数之一。即制品从淬火炉中转
移到淬火介质中，必须在规定的最大转移时间内完成。这一时间称最大容许转 移时间或淬火延迟时间。这一时间与合金的成分、材料的形状、设备操作的自动化程度有关。条件允许的
话，淬火转移时间越短越好。一般工艺规定：小型材的转移 时间不应超过20 s，大型的或成批淬火的型材，不应超过40 s。对于超硬铝合金如7A04，转移时间不应超过15 s。
淬火时的冷却速度必须确保过饱和固溶体被固定下来不分解。防止强化相析出，降低淬
火时效后的力学性能。因此淬火时的冷却速度越快越好。但是冷却速度越大，淬火制品的残
余应力和残余变形也越大，因此冷却速度要根据不同的合金和不同形状、尺寸的制品来确定。
一般合金的淬火对冷却速度敏感性强的，选择的冷却速度要大。如2A11，2A12合金淬火冷却速度应在50?/s以上，而7A04合金对冷却速度非常敏感，其淬火冷却速度要求在170?/s
以上。
对于形状、尺寸大小不同的制品应采用不同的冷却速度，通常主要靠调整淬火介质的温
度来实现。对于形状简单、中小型、棒材可用室温水淬火(水温一般 l0～35?)，对于形复杂、壁厚差别较大的型材，可用40～50?的水淬火。而对于特别易产生变形的制品，甚至可以将
水温升至75～85?进行淬火。试 验证明随着水温升高使其淬火制品的力学性能和抗蚀性能
有所降低。
铝合金最常用的淬火介质是水。因为水的粘度小、热容量大，蒸发热快，冷却能力强，
而且使用非常方便、经济。但是它的缺点是在加热后冷却能力降低。淬火加热的制品在水中
冷却可以分为三个阶段：第一阶段为膜状沸腾阶段。当炽热制品与冷水刚接触时，在其表面
立即形成一层不均匀的过热蒸汽薄膜，它很牢固，导热性不好，使制品的冷却速度降低。第
二阶段为气泡沸腾阶段。当蒸汽薄膜破坏时，靠近金属表面的液体产生剧烈的沸腾，发生强
烈的热交换。第三阶段为热量对流阶段， 冷却水的循环，或制品左右摆动、或上下移动，增
加制品表面与水产生对流的热交换，以提高冷却速度。
根据上面分析，为了很快突破第一阶段，迸一步冷却，保证淬火制品冷却均匀，需要在
淬火水槽中装有压缩空气管，以便搅拌，同时制品入水槽后要作适当的摆动。另外为保证水
温不会升高太多，淬火槽应有足够的容量(一般应为淬火制品总体积的20倍以上)。而且冷却水应有循环装置。
除了调节水温来控制淬火冷却速度外，还可以在冷却水中加入不同的溶剂来调节水的冷
却能力。通常采用聚乙醇水溶液作为冷却介质，同时还可以调节聚乙醇水溶液浓度来控制制
品淬火的冷却速度。一般易变形的制品，经常用这种聚乙醇水溶液来淬火。
范文四：铝合金淬火工艺[1]
铝合金淬火工艺
简介:一、淬火加热温度的选择 工业挤压铝合金制品不像建筑铝型材6063合金，可以在挤压时用风冷或水冷进行淬火(在线淬火)，而多数合金要在专门的加热和冷却设备(淬火炉和冷却槽)中进行淬火处理。淬火的... 淬火加热温度的选择
工业挤压铝合金制品不像建筑铝型材6063合金，可以在挤压时用风冷或水冷进行淬火(在线淬火)，而多数合金要在专门的加热和冷却设备(淬火炉和冷却槽)中进行淬火处理。淬火的加热温度、转移时间、冷却方式都有严格的规定。 1．淬火加热温度的选择
淬火加热温度主要根据相图中低熔点共晶温度和合金溶解度曲线的温度来选择。如图3—5—2为二元相图示意图。成分为B1的合金只有温度高于t溶时β相溶于基体形成单一的α固溶体。当温度继续升高到t共时， 超过了非平衡结晶条件下的低熔点共晶温度，即产生低熔点共晶体熔化，称过烧。金属制品过烧，造成废品。因此淬火加热温度必须低于共晶温度(过烧温度)，而 高于合金的溶解度曲线温度。从理论上讲共晶温度与过烧温度是一致的。实际上由于非平衡结晶以及杂质元素的加入，实际的过烧温度比理论上的共晶温度略低。所 以一般选择淬火温度都是低于过烧温度l0～30℃。t溶与t共之间的温度范围窄的选下限，t溶与t共之间的温度范围宽的视工艺和性能情况而选择。
淬火加热温度是铝合金热处理中的一个重要的工艺参数，由图3—5—2可知，铝合金的淬火加热温度范围很窄，应适当选择，且其温度波动范围一般不应超 过±3℃。但由于铝合金制品淬火大多采用立式淬火炉，其温差很难保证在±3℃以内，多数淬火炉的温差都有±5℃甚至更大，所以淬火加热温度的温差通常控制 在±5℃。一般来说在保证不发生过烧的前提下，应尽量提高淬火加热温度。因为温度越高，合金元素和强化相固溶越好，则淬火时效后的力学性能就越高。如图3 —5—3、图3—5—4和图3—5—5所示。部分工业铝合金的淬火加热温度见表3—5—1。
图3—5—2淬火加热温度与合金成分的关系图 图3—5—3 2A02合金φ2mm棒材 淬火温度对力学性能影响
图3—5—4 2A16合金φ2mm棒材 图3—5—5 2A17合金φ30mm棒材 淬火温度对力学性能影响 淬火温度对力学性能影响
表3—5—1铝合金型、棒材淬火温度表
2．淬火加热保温时间
淬火加热保温时间主要取决于强化相的固溶速度。而强化相的固溶速度又与淬火加热温度、合金的本性、组织状态、制品断面大小、加热条件、介质及装炉多少等因素有关。 一般淬火加热温度偏上限时，其保温时间相应要短一些。经过高温挤压、变形程度较大的，保温时间较短。而预先经过退火的制品，由于其强化相缓慢析出较粗大， 使其强化相溶解速度较慢，因而保温时间相应的长一些。制品在热空气中加热和在盐浴中加热其保温时间大不一样。在盐浴中加热的时间要短得多。工业用铝合金型、棒材多数是用立式空气淬火炉，其保温时间是以金属表面温度或炉膛温度达到淬火温度下限开始计算保温时间。 表3—5—2列出了铝合金型、棒材在立式空气淬火炉中，不同制品尺寸的加热保温时间。表3—5—3为管材在立式空气淬火炉中，不同壁厚的加热保温时间。淬火加热保温时间必须保证强化相充分溶解，才能获得最大的强化效果。但加热时间也不宜太长，在某些情况下，反而会使合金性能降低。 二、淬火加热保温时间
淬火加热保温时间主要取决于强化相的固溶速度。而强化相的固溶速度又与淬火加热温度、合金的本性、组织状态、制品断面大小、加热条件、介质及装炉多少等因素有关。 一般淬火加热温度偏上限时，其保温时间相应要短一些。经过高温挤压、变形程度较大的，保温时间较短。而预先经过退火的制品，由于其强化相缓慢析出较粗大， 使其强化相溶解速度较慢，因而保温时间相应的长一些。制品在热空气中加热和在盐浴中加热其保温时间大不一样。在盐浴中加热的时间要短得多。工业用铝合金 型、棒材多数是用立式空气淬火炉，其保温时间是以金属表面温度或炉膛温度达到淬火温度下限开始计算保温时间。 表3—5—2列出了铝合金型、棒材在立式空气淬火炉中，不同制品尺寸的加热保温时间。表3—5—3为管材在立式空气淬火炉中，不同壁厚的加热保温时间。淬火加热保温时间必须保证强化相充分溶解，才能获得最大的强化效果。但加热时间也不宜太长，在某些情况下，反而会使合金性能降低。
表3—5—2铝合金型、棒材在立式空气淬火炉中加热保温时间
表3—5—3铝合金管材在立式空气淬火炉中加热保温时间
三、淬火转移时间
许多工业热处理强化合金如2A12，7A04等高强度铝合金，不像建筑铝型材如6063合金那样可以在空气中淬火，即较小的冷却速度就可以阻止强化相的析 出。它们从淬火加热炉中拿出，转移到淬火水槽中，短短的十几秒钟甚至是几秒钟在空气中冷却，就会有强化相的析出，影响强化效果。表3—5—4列出了 7A04合金不同转移时间对淬火后的力学性能的影响。
表3-5-4 7A04合金淬火转移时间对制品力学性能的影响
因此淬火转移时间是铝合金淬火工艺中必须规定的工艺参数之一。即制品从淬火炉中转移到淬火介质中，必须在规定的最大转移时间内完成。这一时间称最大容许转 移时间或淬火延迟时间。这一时间与合金的成分、材料的形状、设备操作的自动化程度有关。条件允许的话，淬火转移时间越短越好。一般工艺规定：小型材的转移 时间不应超过20 s，大型的或成批淬火的型材，不应超过40 s。对于超硬铝合金如7A04，转移时间不应超过15 s。 四、淬火冷却速度
淬火时的冷却速度必须确保过饱和固溶体被固定下来不分解。防止强化相析出，降低淬火时效后的力学性能。因此淬火时的冷却速度越快越好。但是冷却速度越大，淬火制品的残余应力和残余变形也越大，因此冷却速度要根据不同的合金和不同形状、尺寸的制品来确定。一般合金的淬火对冷却速度敏感性强的，选择的冷却速度要大。如2A11，2A12合金淬火冷却速度应在50℃/s以上，而7A04合金对冷却速度非常敏感，其淬火冷却速度要求在170℃/s以上。
对于形状、尺寸大小不同的制品应采用不同的冷却速度，通常主要靠调整淬火介质的温度来实现。对于形状简单、中小型、棒材可用室温水淬火(水温一般 l0～35℃)，对于形复杂、壁厚差别较大的型材，可用40～50℃的水淬火。而对于特别易产生变形的制品，甚至可以将水温升至75～85℃进行淬火。试 验证明随着水温升高使其淬火制品的力学性能和抗蚀性能有所降低。
铝合金最常用的淬火介质是水。因为水的粘度小、热容量大，蒸发热快，冷却能力强，而且使用非常方便、经济。但是它的缺点是在加热后冷却能力降低。淬火加热的制品在水中冷却可以分为三个阶段：第一阶段为膜状沸腾阶段。当炽热制品与冷水刚接触时，在其表面立即形成一层不均匀的过热蒸汽薄膜，它很牢固，导热性不好，使制品的冷却速度降低。第二阶段为气泡沸腾阶段。当蒸汽薄膜破坏时，靠近金属表面的液体产生剧烈的沸腾，发生强烈的热交换。第三阶段为热量对流阶段， 冷却水的循环，或制品左右摆动、或上下移动，增加制品表面与水产生对流的热交换，以提高冷却速度。
根据上面分析，为了很快突破第一阶段，迸一步冷却，保证淬火制品冷却均匀，需要在淬火水槽中装有压缩空气管，以便搅拌，同时制品入水槽后要作适当的摆动。另外为保证水温不会升高太多，淬火槽应有足够的容量(一般应为淬火制品总体积的20倍以上)。而且冷却水应有循环装置。
除了调节水温来控制淬火冷却速度外，还可以在冷却水中加入不同的溶剂来调节水的冷却能力。通常采用聚乙醇水溶液作为冷却介质，同时还可以调节聚乙醇水溶液浓度来控制制品淬火的冷却速度。一般易变形的制品，经常用这种聚乙醇水溶液来淬火。
范文五：铝合金淬火工艺制度wwwwjjd88comdoc
铝合金淬火工艺制度
工业挤压铝合金制品不像建筑铝型材6063合金，可以在挤压时用风冷或水冷进行淬火(在线淬火)，而多数合金要在专门的加热和冷却设备(淬火炉和冷却槽)中进行淬火处理。淬火的加热温度、转移时间、冷却方式都有严格的规定。
1(淬火加热温度的选择
淬火加热温度主要根据相图中低熔点共晶温度和合金溶解度曲线的温度来选择。如图3—5—2为二元相图示意图。成分为B的合金只有温度高于t时β相溶于基体形成单一的1溶
α固溶体。当温度继续升高到t时， 超过了非平衡结晶条件下的低熔点共晶温度，即产共
生低熔点共晶体熔化，称过烧。金属制品过烧，造成废品。因此淬火加热温度必须低于共晶温度(过烧温度)，而 高于合金的溶解度曲线温度。从理论上讲共晶温度与过烧温度是一致的。实际上由于非平衡结晶以及杂质元素的加入，实际的过烧温度比理论上的共晶温度略低。所 以一般选择淬火温度都是低于过烧温度l0,30?。t与t之间的温度范围窄的选下限，溶共
t与t之间的温度范围宽的视工艺和性能情况而选择。 溶共
淬火加热温度是铝合金热处理中的一个重要的工艺参数，由图3—5—2可知，铝合金的淬火加热温度范围很窄，应适当选择，且其温度波动范围一般不应超 过?3?。但由于铝合金制品淬火大多采用立式淬火炉，其温差很难保证在?3?以内，多数淬火炉的温差都有?5?甚至更大，所以淬火加热温度的温差通常控制 在?5?。一般来说在保证不发生过烧的前提下，应尽量提高淬火加热温度。因为温度越高，合金元素和强化相固溶越好，则淬火时效后的力学性能就越高。如图3 —5—3、图3—5—4和图3—5—5所示。部分工业铝合金的淬火加热温度见表3—5—1。
图3—5—2淬火加热温度与合金成分的关系图 图3—5—3 2A02合金φ2mm棒材
淬火温度对力学性能影响
图3—5—4 2A16合金φ2mm棒材 图3—5—5 2A17合金φ30mm棒材
淬火温度对力学性能影响 淬火温度对力学性能影响
表3—5—1铝合金型、棒材淬火温度表
炉膛控制 开始保温 淬火温度 炉膛控制 开始保温 淬火温度 合金 合金 温度/? 温度/? /? 温度/? 温度/? /?
2A02，2014 7005 446,454 445 450?5 500,505 500 503?5 2A14，2A04
7075,7A09 458,465 458 463?5 2A50,2B50 510,515 510 512?5 7A10,7A03 470,475 470 472?5 6A02,2A90 516,521 516 518?5
2A17,6061 7A04 472,477 472 474?5 520,525 520 523 ?5 6063.2A10
7A15,7003 465,475 466 470?5 2A70,2A80,2A13 526,531 526 528?5 2A12,2024 493,497 493 495?5 4A11,6351,6082 525,535 525 530?5 (φ>20 mm制品)
2A12,2024 496,502 497 500?5 2B12 485,495 485 490 ?5 (φ?20 mm)
2A06,2A01,2B11 495,505 495 500?5 2A16,2A17 530,540 530 535?5 2A11,2017 495,499 495 497 ?5 2(淬火加热保温时间
淬火加热保温时间主要取决于强化相的固溶速度。而强化相的固溶速度又与淬火加热温度、合金的本性、组织状态、制品断面大小、加热条件、介质及装炉多少等因素有关。
一般淬火加热温度偏上限时，其保温时间相应要短一些。经过高温挤压、变形程度较大的，保温时间较短。而预先经过退火的制品，由于其强化相缓慢析出较粗大， 使其强化相溶解速度较慢，因而保温时间相应的长一些。制品在热空气中加热和在盐浴中加热其保温时间大不一样。在盐浴中加热的时间要短得多。工业用铝合金型、棒材多数是用立式空气淬火炉，其保温时间是以金属表面温度或炉膛温度达到淬火温度下限开始计算保温时间。
表3—5—2列出了铝合金型、棒材在立式空气淬火炉中，不同制品尺寸的加热保温时间。表3—5—3为管材在立式空气淬火炉中，不同壁厚的加热保温时间。淬火加热保温时间必须保证强化相充分溶解，才能获得最大的强化效果。但加热时间也不宜太长，在某些情况下，反而会使合金性能降低。
