CN103160659A

CN103160659A - 一种钳式紧凑型在线淬火系统

Info

Publication number: CN103160659A
Application number: CN2011104101169A
Authority: CN
Inventors: 左良; 洪涛; 赵刚; 田妮; 李震; 于福晓
Original assignee: Xinjiang Joinworld Co Ltd; Northeastern University China
Current assignee: Xinjiang Joinworld Co Ltd; Northeastern University China
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2031-12-12
Also published as: CN103160659B

Abstract

一种钳式紧凑型在线淬火系统，包括加热炉、噴射式冷却装置，其特征在于：（一）加热炉采用可上下启闭、并能在垂直于挤压方向作水平移动的结构；（二）喷射式冷却装置也采用上下启闭、并能在垂直于挤压方向作水平移动的结构，而且喷射式冷却装置紧靠加热炉贴近挤压型材表面；（三）另加有带牵引作用的多辊式导向装置。采用本发明的钳式紧凑型淬火系统，可确保在合金不发生“过烧”、固溶较充分的条件下，有效地缩短淬火转移时间和提高淬火冷却速度，使合金型材获得良好的淬火效果，并能降低挤压型材在线淬火过程发生弯曲和扭曲变形的程度，提高了型材的成材率和合格率，可产生突出的技术效果，实现了合金热挤压工艺中显著的技术进步。

Description

一种钳式紧凑型在线淬火系统

技术领域

本发明属于金属压力加工制造技术领域，具体涉及到一种新型的铝合金挤压型材在线淬火系统。

背景技术

可热处理强化型铝合金挤压型材，挤压成形后通常都要有固溶处理和淬火工序，才能使之获得较强的时效强化能力。为了让合金中强化元素充分溶入合金基体，获得理想的过饱和固溶体，使合金具有强的时效强化能力，一方面，要求其挤压型材在不过烧（即局部熔化）的前提下达到足够高的固溶处理温度并保温足够的时间，另一方面，还要求固溶处理后快速冷却（即短的淬火转移时间和快的淬火冷却速度）获得理想的过饱和固溶体。传统的淬火热处理工艺流程是在立式淬火炉中进行的，将挤压成型后的型材冷却至室温，然后重新加热至淬火温度进行淬火热处理。这一工艺的缺点是设备投资大、能耗高、生产流程长、生产效率低。但发展在线淬火工艺又存在三个不利的问题：其一，型材由挤压出口出来时温度低，达不到该产品固溶处理温度，因此需要在挤压出口至喷水冷却之间增加一高效加热装置，使型材在行进过程被加热到固溶处理温度；其二，挤压型材向前行进速度较慢而且铝合金散热又快，导致喷水冷却之前其产品温度已下降较多，达不到淬火的目的，因此要求喷水冷却部位尽可能接近高效加热部位，缩短淬火转移时间，增大型材内冷却的温度梯度；其三，若在线高效加热使挤压型材达到所要求的固溶处理温度，型材将软化易发生弯曲，需要有合适的导位和牵引。尽管存在这些问题，由于挤压型材的在线淬火不仅缩短工艺流程、节能，而且还能更多的保持挤压型材的挤压效应提高型材的使用性能，因而发展在线淬火系统应该是必然的趋势。

中国专利申请案200510002380.3公开了一种《7075铝合金型材在线淬火方法》；200710014141.9公开了一种《固溶热处理用在线淬火装置》，而中国实用新型专利20092019 0353.7则公开了《一种铝合金型材的在线淬火装置》，这些在线淬火装置（或系统）虽然都是为实施合金热加工在线淬火而设计的，然而他们的加热炉底部是固定的，而且淬火水槽距加热炉较远，即对型材喷水冷却部位至对其加热部位之间的距离较大（加热炉与喷水冷却装置之间不紧凑），淬火转移时间较长，型材内冷却的温度梯度较小。考虑到要使一定速度行进的型材获得高效加热，加热炉的炉温将超过合金型材的熔点，上述这种固定的加热炉底部若超过型材的熔点，就无法解决高效加热与“合金过烧或熔化”之间的矛盾。也就达不到使以一定速度行进的合金型材得到良好固溶处理的效果；而固定的水槽其喷水口距型材的距离较大，喷水冷却在型材表面上的冷却点界限不清，造成型材被激烈冷却之前已被轻微冷却，因此淬火效果不佳。加之他们都没有设计导位和牵引装置，不能有效地限制挤压型材在高效加热和淬火过程发生弯曲和扭曲变形的程度。

发明内容

本发明针对上述发明创造的缺点，发明人在多年理论与实验研究的基础上提出了一种加热温度高、冷却效果好、并能降低型材弯曲程度的带有导位和牵引装置的钳式紧凑型在线淬火系统，它能够确保获得合金中固溶体成分均匀、淬火后不出现次生相和产品不发生较大扭曲变形的最佳淬火效果。

本发明所提出的钳式紧凑型在线淬火系统，包括加热炉、噴射式冷却装置，其特征在于：

（一）加热炉采用可上下启闭、并能在垂直于挤压方向作水平移动的结构；

（二）喷射式冷却装置也采用上下启闭、并能在垂直于挤压方向作水平移动的结构，而且喷射式冷却装置紧靠加热炉贴近挤压型材表面；

（三）另加有带牵引作用的多辊式导向装置。

本发明的钳式紧凑型在线淬火系统，加热炉所采用的上下启闭、并能在垂直于挤压方向作水平移动的机构是钳式结构。

本发明的钳式紧凑型在线淬火系统，喷射式冷却装置所采用的上下启闭、并能在垂直于挤压方向作水平移动的机构是钳式结构，其内部安置环绕型材四周的喷射冷却管，而且喷射方向可在与挤压型材前进方向成90°～5°范围内调节。

本发明的钳式紧凑型在线淬火系统，其多辊式导向装置前部采用夹钳式结构，嵌合部的尺寸规格可以作无级调节。

本发明的加热炉其炉膛内壁至型材外表面的距离为30～200毫米，炉膛长度为0.5～1.5米，炉膛的的瞬时加热温度最高时可高于铝合金的熔点。

本发明的喷射式冷却装置的前端冷却点（即第一个喷射冷却管管口）与加热炉出口的距离为20～200毫米，与型材表面的距离为20～100毫米。

采用本发明的钳式紧凑型淬火系统，可确保在合金不发生“过烧”、固溶较充分的条件下，有效地缩短淬火转移时间和提高淬火冷却速度，使合金型材获得良好的淬火效果，并能降低挤压型材在线淬火过程发生弯曲和扭曲变形的程度，提高了型材的成材率和合格率，可产生突出的技术效果，实现了合金热挤压工艺中显著的技术进步。

附图说明

图1为本发明的钳式紧凑型淬火系统的配置示意图；2.为加热炉的结构示意图；图3为喷射冷却装置的结构示意图；图4为多辊式导向装置的结构示意图。在上述各图中，1加热炉上发热体；2下发热体；3耐热托板；4上加热炉炉臂；5加热炉底座；6型材；7、8上、下两半环形冷却支架；9冷却喷射管；10出口；11密封机构；12冷却箱体开闭机构；13冷却装置支座；14导向辊轮；15导向辊轮动力系统；16导向辊轮支座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地说明与补充。

本发明的钳式紧凑型在线淬火系统如图1所示，它包括加热炉、喷射式冷却装置和多辊式导向装置，系统的前端同挤压机出口相配合，而其末端则连接到普通冷却部。

加热炉的结构如图2所示，它由上发热体1、下发热体2、耐热托板3上加热炉炉臂4和加热炉底座5组成。上、下发热体可采用硅碳棒、镍铬丝或铁铬铝丝作发热元件。上发热体与可作上下移动的上加热炉炉臂相固定，下发热体与上加热炉炉臂都固定在可左右移动的加热炉底座上。型材6从挤压机被挤出后大约以每分钟1.5米的速度前行进入加热炉中。炉膛长度为0.5～1.5米，从挤压机中被挤出的型材温度约为400～500℃，炉膛内壁与型材外表面距离为30～200毫米，型材通过加热炉加热后温度可达540℃，在挤压间隙中，由于炉温超过铝合金的熔点，上加热炉炉臂必须迅速升起并连同加热炉底座平移离开型材，保证让型材不致于熔化。

喷射冷却装置结构如图3所示，它由上下两个半环形冷却支架7、8构成。上下两个冷却支架上各设置有一组以上的冷却喷射管9，冷却喷射管成辐射状沿径向分布，下冷却支架下部另设有喷射流出口10.在对型材进行淬火时，上下两支架是闭合的，有密封机构11保证喷射流不会外泄。上下冷却支架一端固定在支座 13上并可作上下移动，支座上设有可让上下冷却支架开闭的机构12.。

多辊式导向装置的结构则如图4所示，它由可调位置的导向辊轮14、导向辊轮动力系统15和支座16组成。当型材淬火后进入导向装置，导向辊轮可使型材受到一定程度的牵引，以使其不致于产生过大的扭曲变形。

本发明的钳式紧凑型在线淬火系统在给可热处理强化铝合金进行在线淬火处理的生产实践中取得了很好的技术效果，通常的在线淬火效果要比离线淬火要差一些，但离线淬火设备投资巨大、能耗也大、生产周期也长，而采用本发明的在线淬火系统，淬火后材料的屈服强度可达到离线淬火的90%以上，综合考虑是相当合算的！

本发明的钳式紧凑在线淬火系统的应用实施例如下：

实施例1 新型可热处理强化型Al-12.7Si-0.6Mg-0.2Fe(wt%)

合金型材在线淬火

采用本发明的钳式紧凑型在线淬火系统进行在线淬火：在线淬火的条件为挤压出口温度460℃，型材以每分钟1.5m的速度向前行进，通过1米长的加热炉，炉内温度980℃，炉膛内壁至型材外表面的距离为40mm，喷射式冷却装置的前端冷却点（即第一个喷射冷却管管口）与加热炉出口的距离为70mm，与型材表面的距离为50毫米，喷射方向与挤压型材前进方向成30°。此型材离线固溶淬火时效处理最佳结果为：σ_0.2>280MPa，σ_b>340MPa，δ>9%。经上述在线淬火并时效处理，型材的力学性能可达：σ_0.2>260MPa，σ_b>320MPa，δ>9%。其屈服强度能达到离线淬火处理的93％。

实施例2 7B04合金2毫米厚角型材在线淬火

采用本发明的钳式紧凑型在线淬火系统进行在线淬火：在线淬火的条件为挤压出口温度450℃，型材以每分钟1.5m的速度向前行进，通过1.5米长的加热炉，炉内温度980℃，炉膛内壁至型材外表面的距离为30mm，喷射式冷却装置的前端冷却点（即第一个喷射冷却管管口）与加热炉出口的距离为200mm，与型材表面的距离为20毫米，喷射方向与挤压型材前进方向成10°，采用冷水作淬火介质。此型材离线固溶淬火时效处理最佳结果为：σ_0.2>580MPa，σ_b>658MPa，δ>10%。经上述在线淬火并时效处理，型材的力学性能可达：σ_0.2>563MPa，σ_b>638MPa，δ>10%。其屈服强度能达到离线淬火处理的97％。

实施例3 2A12铝合金型材的在线淬火

采用本发明的钳式紧凑型在线淬火系统进行在线淬火：在线淬火的条件为挤压出口温度450℃，型材以每分钟1.5m的速度向前行进，通过0.5米长的加热炉，炉内温度980℃，炉膛内壁至型材外表面的距离为200mm，喷射式冷却装置的前端冷却点（即第一个喷射冷却管管口）与加热炉出口的距离为20mm，与型材表面的距离为20毫米，喷射方向与挤压型材前进方向成5°，采用水-雾-气作淬火介质。

实施例4 7A09铝合金型材的在线淬火

采用本发明的钳式紧凑型在线淬火系统进行在线淬火：在线淬火的条件为挤压出口温度450℃，型材以每分钟1.5m的速度向前行进，通过1米长的加热炉，炉内温度980℃，炉膛内壁至型材外表面的距离为100mm，喷射式冷却装置的前端冷却点（即第一个喷射冷却管管口）与加热炉出口的距离为100mm，与型材表面的距离为200毫米，喷射方向与挤压型材前进方向成45°，采用水-雾-气作淬火介质。

上述的实施例仅是本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化、均应视为等效的替换方式，因此都包含在本发明的保护范围之内。

本发明的钳式紧凑型在线淬火系统投资小、能耗少、操作简单、生产效率高，而效果几乎与采用大型立式淬火炉离线淬火的情况相当，故特别适合于中小型铝加工企业的应用，推广起来具有极大的社会效益和经济效益。

Claims

1.一种钳式紧凑型在线淬火系统，包括加热炉、噴射式冷却装置，其特征在于：

（三）另加有带牵引作用的多辊式导向装置。

2. 按权利要求1所述的钳式紧凑型在线淬火系统，其特征在于所说的加热炉所采用的上下启闭、并能在垂直于挤压方向作水平移动的机构是钳式结构。

3. 按权利要求1所述的钳式紧凑型在线淬火系统，其特征在于所说的喷射式冷却装置所采用的上下启闭、并能在垂直于挤压方向作水平移动的机构是钳式结构，其内部安置环绕型材四周的喷射冷却管，而且喷射方向可在与挤压型材前进方向成90°～5°范围内调节。

4.按权利要求1所述的钳式紧凑型在线淬火系统，其特征在于所说的多辊式导向装置前部采用夹钳式结构，嵌合部的尺寸规格可以作无级调节。

5. 按权利要求1或2所述的钳式紧凑型在线淬火系统，其特征在于所说的加热炉其炉膛内壁至型材外表面的距离为30～200毫米，炉膛长度为0.5～1.5米，炉膛的的瞬时加热温度最高时可高于铝合金的熔点。

6. 按权利要求1或3所述的钳式紧凑型在线淬火系统，其特征在于所说的喷射式冷却装置的前端冷却点（即第一个喷射冷却管管口）与加热炉出口的距离为20～200毫米，与型材表面的距离为20～100毫米。