田茂德 张萌 郝先芃

摘 要：铝合金挤压在线淬火是比较先进的生产工艺，是铝合金挤压必不可少的环节，并且还关系着铝合金挤压的效率及质量。基于此，本文就铝合金挤压的在线淬火技术进行深入地探讨。

关键词：铝合金;挤压;在线淬火技术

1  引言

随着科学技术的快速发展，在线淬火技术同样获得了大量发展，在现代化制造业中广泛运用。在制造业中，特别是船舶、航空航天应用的铝材都需通过在线淬火处理，为了能够实现各类零部件的不同技术需求，在线淬火技术日益创新发展。

2  铝合金挤压在线淬火的基本原理

挤压铝合金大部分是可以热处理的强化合金，此些合金挤压以后通过固溶、时效热处理，就能够提升强度，取得有用的性能和组织。可热处理强化铝合金的重要特征是，其关键合金元素在固态铝中的溶解度随着温度的提升而大幅度增加。比如：在某温度环境下，AI-Mg-Si合金处于平衡状态，Mg与Si的比值是1.73：1。在595℃温度环境下，Mg2Si的最大溶解度是1.85%;在500℃温度下，其溶解度下降至1.08%;在200℃温度下，其溶解度只有0.09%。正常情况下，淬火包含固溶处理与冷却两个步骤。在超过固溶度线温度的环境下，对材料实施热处理以产生固溶体，比如：Mg2Si含量为1.08%的合金需要在温度超过500℃的环境下开展热处理，以确保Mg2Si化合物能够完全熔化在固态铝中。然而，如果热处理温度小于固相线温度，则其不会完全熔化。热处理过程所需要的时间主要是由合金当中Mg2Si化合物粒子的布局情况、热处理温度等因素所决定的。零散分布的、细小的Mg2Si化合物粒子相较于聚集的、粗大的化合物粒子有更快的溶解速率;某种形态的Mg2Si粒子溶解速率随着温度的提升而加快。为了确保固溶热处理的有序进行，需要让高温环境下处在固溶状态的合金材料迅速地冷却至室温，避免Mg2Si的析出，让合金元素Si与Mg能够保留在过于饱和的固溶体中。使得Mg2Si形成分解析出的推动力是固溶体的过饱和程度，而过饱和度随着温度的下降而有所提高;但是，析出过程由溶质原子向形核地点的扩散决定，扩散速度跟随温度的下降而减慢。

3  铝合金挤压在线淬火的实现条件

挤压和固溶处理同步开展，需要确保合金元素在淬火前实现完全固溶，并且在冷却环节不得出现合金元素的分解析出，如此才可以取得有效的性能和组织。为了保证实现以上要求，所选用的挤压生产线主要包含：第一，锭坯快速加热炉，比如：火焰直接喷射加热炉、感应加热炉等等;第二，可取得所期望室温组织状态（也就是合金元素处于过饱和固溶状态）的冷却设备，也就是精密“水——雾——气”在线淬火设备。铝合金挤压在线淬火，应当确保其生产能力没有显著的降低，同时产品通过张力校正以后满足技术标准所需求的尺寸、形状。

对于部分合金系（比如6XXX系），在挤压以前对锭坯进行预热时，可以在固相线高温环境下增加加热的时间，借此以取得所需的均质状态及组织变化，确保当挤压制品由模孔流出的时候合金元素处在固溶状态。然而，正常情况都是采用快速加热炉进行加入，并未增加锭坯加热时间，以上要求无法达到，只有降低生产速率或者增大炉子的尺寸才可实现，所以需开展独立的均匀化处理，接着加快冷却速率，以防止产生聚集的析出物。在锭坯挤压前，最高预热温度（也就是合金的熔点共晶物溶化温度）是影响挤压速率的主要因素，此代表着较低的挤压温度有可能加强生产效率;因此，需要将锭坯温度控制在0.85Tm（Tm指的是低熔点共晶物溶化温度）以下。锭坯需加以均匀化处理同时在最短时间内完全冷却，确保所有强化元素维持在固溶状态中，其后锭坯挤压前的预热是在不会形成析出的环境下开展的，在挤压环节因为挤压力能转化成热量而导致温度升高，使得均匀化处理后快速冷却所形成的细小析出物发生溶解。

挤压制品离开模具要通过三个时期，也就是临近淬火、淬火、淬火后冷却至室温。为了避免形成分解析出，型材将要进入到淬火区时其温度必须超过固溶线温度。如此，那些挤压速率较慢、固溶线温度较高的合金，需求模具与淬火区间的距离尽可能小，确保淬火转移无需花费太多的时间。冷却设备的冷却接触时间、速度需要确保能够取得所需固溶合金元素的数量，保证产品性能满足应用要求。此些条件采取持续涌流水或者喷水雾的形式极易实现。然而，此些淬火方法都或许会导致型材发生扭曲、形变，造成后期的张力矫直作业无法持续下去，引起挤压机出现“堵塞”而大大影响挤压机的产量。型材扭曲、形变通常需加以补充整形以实现所需求的尺寸允许误差。因此可知，只要可以满足所需的冷却速率，淬火过程中选择水雾冷却或者强制空气冷却相较于水淬有更好的效果。

4  结论

综上所述，铝合金挤压在线淬火唯有在其挤压速度超过3m/min时才能够实现。在线淬火技术在铝合金挤压中的应用，一方面能够大幅度加強铝合金产品的强度与硬度，同时相较于立式空气炉淬火有更高的抗疲劳性、耐腐蚀性;另一方面能够节约设备投资、减少能源耗费，大幅度减少挤压时间，可以显著提升经济收益。

参考文献：

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