鋁合金厚板的淬火與拉伸技術(shù)

1、鋁合金厚板的淬火與拉伸技術(shù)鋁合金厚板的淬火與拉伸技術(shù)鋁合金厚板的軋制工藝為熱軋狀態(tài)下軋制，變形率為60%80%內(nèi)部組織為熱軋變形組織；而薄板為冷變形組織，變形率在98%以上，兩者有很大的差異。如圖11所示，厚板淬火拉伸的工藝流程可概括為：由熱軋機(jī)提供滿足拉伸工藝要求的拉伸板坯料，板材經(jīng)過鹽浴爐或空氣爐固溶處理后，在冷卻水中進(jìn)行圖11淬火處理；淬火后的板材，在室溫下規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，沿縱向在拉伸機(jī)上進(jìn)行1.5%3%的拉伸永久性塑性變形，以消除

2、淬火后板材內(nèi)部的殘余應(yīng)力；對(duì)于淬火變形較大的板材，應(yīng)預(yù)先進(jìn)行輥式矯直處理，以改善拉伸板的平直度；拉伸后的板材即可進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化處理。1、鋁合金板材的淬火1.1、鋁合金厚板的淬火工藝過程及生產(chǎn)方式A、鹽浴爐加熱方式淬火的特點(diǎn)鹽浴爐淬火流程如下圖鹽浴爐的特點(diǎn)是：設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造及生產(chǎn)成本低，易于溫度控制；但安全性差，耗電量大，不易清理，常年處于高溫狀態(tài)，調(diào)溫周期長(zhǎng)。使用鹽浴爐熱處理具有加熱速度快，溫差小，溫度準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，充分滿足了工藝對(duì)加熱速

3、度和溫度精度的要求，對(duì)板材的力學(xué)性能提供了保證。缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)移時(shí)間很難由人工準(zhǔn)確的控制在理想范圍內(nèi)，有不確定的因素；在水中淬火時(shí)，完全靠板材與冷卻水之間的熱交換而自然冷卻，形成了不均勻的冷卻過程，使得淬火后的板材內(nèi)部應(yīng)力分布很不均勻；板材變形較大，在隨后的精整過程中易造成表面擦、劃傷等缺陷，并且不利于板材的矯平；鹽浴加熱時(shí)，板面與熔鹽直接接觸，板面形成較厚的氧化膜，在淬火后的蝕洗過程中很容易形成氧化色（俗稱花臉）影響表面的一致性。B、空氣

4、加熱爐方式淬火的特點(diǎn)空氣爐淬火流程如下圖空氣爐特點(diǎn)：設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，但安全性好，耗電量少，生產(chǎn)靈活，可隨時(shí)根據(jù)生產(chǎn)要求調(diào)整溫度。與鹽浴爐相比，空氣爐熱處理同樣具有溫度準(zhǔn)確、均勻性好、溫差小等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)轉(zhuǎn)移時(shí)間也能規(guī)范控制，由于采用了高壓噴水冷卻，不僅改善了不均勻的淬火冷卻狀態(tài)和應(yīng)力分布方式，而且使板材的平直度和表面質(zhì)量均大幅度提高，簡(jiǎn)化了工藝，易于實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化控制降低勞動(dòng)強(qiáng)度和手工控制的不便。缺點(diǎn)是相對(duì)鹽浴爐而言加熱過程升溫

5、時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率有所降低。空氣爐的加熱方式分為輥底式空氣爐和吊掛式空氣加熱爐。目前國(guó)際上，最為先進(jìn)的淬火加熱爐為輥底式空氣淬火加熱爐。用這種熱處理爐生產(chǎn)鋁合金淬火板，工藝過程簡(jiǎn)單、板材單片加熱及單片冷卻，可被均勻快速加熱，冷卻強(qiáng)度大，均與性好，使得淬火板材具有優(yōu)良的綜合性能。2、淬火工藝參數(shù)A、固溶處理的加熱溫度熱軋板材淬火處理拉伸矯直時(shí)效處理?yè)?jù)切成品輥式矯直硝鹽爐加熱冷水淬硝酸蝕洗冷水清洗空氣加熱爐高壓冷水低壓冷水形區(qū)”)夾持牢

6、固后加載將撓度拉直，隨后即進(jìn)入板材的拉伸塑性變形階段，達(dá)到設(shè)定的拉伸量后即可卸載結(jié)束拉伸過程。根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變曲線可知，塑性變形包含著一定的彈性變形，因此必須考慮到拉伸過程中的彈性變形（拉伸回彈量）對(duì)不同合金，不同規(guī)格的板材預(yù)先給定的拉伸量都有所不同，在自動(dòng)化程度低的拉伸機(jī)上主要靠經(jīng)驗(yàn)操作來設(shè)定。此外，拉伸速度是保證板材各個(gè)部位得以均勻變形的重要因素之一。板材兩端各個(gè)鉗口咬合夾持的均勻程度也直接影響到均勻變形和最終應(yīng)力消除的效果。3.2、厚

7、板在熱軋和淬火狀態(tài)下的應(yīng)力分布規(guī)律軋制過程中軋件表面層和內(nèi)層金屬的變形，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)軋件進(jìn)入軋輥附近時(shí)，由于與軋輥接觸的表面層金屬在外摩擦力作用下，流動(dòng)速度比內(nèi)層速度快些，而由于剛斷的作用，在表層金屬產(chǎn)生的拉應(yīng)力，內(nèi)層金屬產(chǎn)生的壓應(yīng)力。在離出軋輥的斷面附近，由于金屬的平均速度大于軋輥圓周速度的水平投影，因而在接觸弧這一段上，軋輥對(duì)金屬流動(dòng)起著阻礙作用，這樣必定造成金屬表面層速度落后內(nèi)層流動(dòng)速度。同樣由于剛斷作用，仍將使表層金屬產(chǎn)生拉應(yīng)力

8、，內(nèi)層金屬產(chǎn)生壓應(yīng)力，理論和實(shí)踐證明，經(jīng)過軋制以后的板材沿厚度在軋制方向上，表層金屬參與有拉應(yīng)力，內(nèi)層金屬殘余油壓應(yīng)力。淬火全過程的應(yīng)力情況，板材被加熱發(fā)生再結(jié)晶，軋制過程中所形成的殘余內(nèi)應(yīng)力得以消除。將加熱后的板材快速放入冷水槽中，此時(shí)由于板材的表面層冷卻比內(nèi)層金屬塊，淬火初期表層金屬劇冷，急劇收縮，基于板材的整體性，表層金屬產(chǎn)生拉應(yīng)力，內(nèi)層金屬產(chǎn)生壓應(yīng)力隨著板材的進(jìn)一步冷卻，最終是內(nèi)層金屬劇冷，急劇收縮，使應(yīng)力重新分配，最后導(dǎo)致表面

9、金屬殘余有壓應(yīng)力，內(nèi)層金屬殘余有拉應(yīng)力，與其軋制過程殘余的內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律正好相反。3.3、均與變形時(shí)拉伸應(yīng)力分布拉伸均勻變形的條件：鉗口咬入部分為均勻咬合，夾持狀態(tài)完全一致，并且比較牢固，形成理想剛斷。在鉗口咬合的剛斷附近區(qū)域和距寬度兩側(cè)邊附近區(qū)域內(nèi)，存著不均勻變形，其他區(qū)域?yàn)榫鶆蜃冃?，（?yīng)力消除區(qū)）在生產(chǎn)過程中如將此不均勻變形作為成品提交給用戶，則在隨后的機(jī)械加工中將可能發(fā)生變形，影響最終使用，因此在成品鋸切時(shí)，必將此區(qū)域作為幾何廢料

10、切掉。3.4、非均勻變形時(shí)拉伸的應(yīng)力分析拉伸非均勻變形的假定條件：假設(shè)鉗口中的一組鉗口松開，其他各組為均勻牢固夾持。計(jì)算結(jié)果表明，豈不均勻變形區(qū)域可能延伸至剛斷1米的范圍內(nèi)，應(yīng)力值也明現(xiàn)增大，因此，鉗口咬合夾持的質(zhì)量對(duì)于板材拉伸后殘余應(yīng)力的分布有很重要的影響，生產(chǎn)中必須嚴(yán)格控制。4、拉伸板坯料的尺寸的確定拉伸板坯料的確定原則為：坯料尺寸=成品尺寸幾何廢料，幾何廢料包括板材兩端鉗口咬合區(qū)、咬合區(qū)附近和兩側(cè)邊的不均勻變形區(qū)域。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐、

11、理論分析與實(shí)際測(cè)試結(jié)果，一般將板材長(zhǎng)度兩端各預(yù)留400mm，即鉗口夾持區(qū)域?yàn)?00250mm，不均勻變形區(qū)約為150200mm作為幾何廢料；寬度兩邊各預(yù)留3050mm作為幾何廢料。5、生產(chǎn)中拉伸板的質(zhì)量控制5.1、拉伸板的間隔時(shí)間淬火后至拉伸開始的間隔時(shí)間是拉伸板材生產(chǎn)工藝的參數(shù)之一，對(duì)自然時(shí)效傾向大的鋁合金板材淬火后時(shí)效強(qiáng)化的速度很快，其結(jié)果會(huì)大大增加拉伸作業(yè)的難度經(jīng)驗(yàn)證明，他同時(shí)對(duì)殘余應(yīng)力的消除也有一定的影響。實(shí)際生產(chǎn)中間隔時(shí)間一般