CN106521131B - 一种铝型材快速退火工艺及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种铝型材快速退火装置，与电气控制柜电连接，包括感应加热部分和机械传动部分；感应加热部分包括感应箱、感应箱内的感应圈铜管和加热电源；机械传动部分包括滑道、设置有滑块的连接部和驱动滑块运动的驱动装置，连接部与感应箱固定连接，滑块设置在滑道上；还包括贯穿感应箱的托盘。该装置的工艺流程为：步骤一、启动电气控制柜，启动循环水箱内的循环水泵，试车并查漏；步骤二、将工件放置于托盘上，调整和校对工件与感应圈中心位置后固定；步骤三、启动电气控制柜，感应箱在滑道上通过，并对工件进行加热；步骤四、感应箱运动到滑道端头的限位器处停止加热。本装置及本工艺能实现铝型材的快速退火，而且晶粒细小。

Description

一种铝型材快速退火工艺及其装置
技术领域
本发明涉及铝合金材料制造技术领域。
背景技术
目前，现有的铝型材退火工艺，主要采用燃气加热炉的方式进行，其升温速度慢，保温时间长，工效低是致命的缺点。参考相关资料介绍，常规铝合金退火工艺方法为箱式退火，其相关发明专利也多围绕箱式炉进行，如专利公开号CN104087879A《一种铝合金卷材的退火工艺》通过监控铝合金卷材的温度进行快速升温，升温速度为2℃/min～4℃/min，再如专利公开号CN103343193A《一种铝合金导体退火炉》通过采用高通透型的线盘，提高热效应，减少设备到温的时间，但在退火工艺上还是传统的保温模式，升温速度还是不够快。
感应加热技术作为一种先进的加热技术,它具有传统加热方法所不具备的优点因而在国民经济和社会生活中获得了广泛的应用。现有的感应退火装置及工艺多应用于钢材，由于钢材和铝的成分不同、组织结构不同、特性不同，尤其电阻值不同，不能直接将现有用于钢材的感应退火装置用于铝材。如果将感应退火应用于铝合金，将得到晶粒细小，热处理后的力学性能更好的产品；而且铝合金质量轻，对设备强度要求相对较低，应用的可能性较高，成功率也更高，具有更广阔的前景。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种铝型材快速退火工艺及其装置，该铝型材快速退火工艺及其装置能够通过快速升温，抑制Mn等颗粒的细化和离散分布，获得更为细小的晶粒组织。
本发明实现上述目的的技术方案为：
一种铝型材快速退火装置，与电气控制柜电连接，包括感应加热部分和机械传动部分；其中，所述感应加热部分包括感应箱、设置在所述感应箱内的感应圈铜管和与所述感应箱电连接的加热电源，所述感应箱电连接所述电气控制柜；
所述机械传动部分包括滑道、设置有滑块的连接部和驱动滑块运动的驱动装置，所述连接部与感应箱固定连接，所述滑块设置在滑道上，工作时由驱动装置驱动带动感应箱沿滑道滑动，所述驱动装置与电气控制柜电连接；
还包括至少一个平行设置的贯穿所述感应箱的托盘，所述托盘用于放置需要退火处理的铝型材工件；
所述托盘的中心线与所述感应圈铜管的中心线及工件的中心线重合。
所述滑道上设置有至少两个限位器，其中两个所述限位器分别固定在所述滑道的两端。
所述加热电源为中频加热电源。
所述滑道和/或所述托盘上设置有风冷装置。
所述托盘为圆弧形结构托盘。
所述感应加热部分还包括用于冷却加热电源的带有循环水泵的循环水箱，以及用于循环水过滤的过滤设备。
所述感应圈铜管内径大于工件外径5mm至10mm。
一种铝型材快速退火工艺，其操作步骤为：
步骤一、启动电气控制柜，启动循环水箱内的循环水泵，空车运行并检查无漏水情况；
步骤二、将工件放置于托盘上，调整和校对工件与感应圈铜管中心位置后固定；
步骤三、启动电气控制柜，感应箱开始工作并被驱动在滑道上匀速滑行，对工件进行加热；
步骤四、所述感应箱运动到所述滑道的端头的限位器处停止加热。
步骤五、对工件进行风冷。
步骤三中，对工件进行加热是指：所述加热电源的频率设定在20-50KHz、所述感应箱通过工件时将工件加热至表面温度为350℃至550℃。
所述感应箱通过工件时将工件加热至表面温度为430℃。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
退火状态下晶粒小于30微米；加热速度快，根据感应加热原理，工件瞬间升温到目标温度，与箱式加热相比，可节约60-90min；加热时间短，本工艺加热时间1-10s，与传统保温模式相比少3-5H，极大节约加热时间。设备稳定高效，选用固态中频以电流源型并联谐振电路形式，应用锁相控制技术，具有输出稳定、反应速度快和安全系数高的技术特点。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的俯视图；
图3是感应箱内部结构示意图；
图4是采用慢速退火工艺的金相评级结果；
图5是采用本发明工艺的金相评级结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例：
参照图1，一种铝型材快速退火装置，与电气控制柜13电连接，包括感应加热部分1和机械传动部分2；其中，所述感应加热部分1包括感应箱11、设置在所述感应箱11内的感应圈铜管110、与所述感应箱11电连接的加热电源12和用于控制感应箱11工作的电气控制柜13；所述感应箱11通过集线履带14电连接所述加热电源12和所述电气控制柜13；所述机械传动部分2包括滑道21、设置有滑块的连接部25和驱动滑块运动的驱动装置23，所述连接部25与感应箱11固定连接，所述滑块设置在滑道21上，工作时由驱动装置23驱动带动感应箱11沿滑道21滑动；还包括至少一个贯穿所述感应箱11的托盘22，当托盘22数量为两个及以上时，任意两个托盘22之间相互平行设置；所述托盘22用于放置需要退火处理的铝型材工件。本铝型材快速退火装置的感应加热部分1主要是提供热源和能量，机械传动部分2是提供传输动力。参照图3，利用感应箱11内的感应圈铜管110的电磁感应来加热工件，放置工件的托盘22起支撑作用，因而托盘22要贯穿设置在感应圈铜管110上，优选地，所述托盘22为圆弧形结构的树脂托盘，所述托盘的中心线与所述感应圈铜管110的中心线重合。较优的实施方案，工件设置成圆柱形，与工件匹配的托盘22也设置成圆弧形。电气控制柜13通过电连接感应箱11、加热电源12、集线履带14以及驱动装置23，实现控制整个铝型材快速退火装置的自动化。驱动装置23在滑道21上往复运动同时带动连接部25运动，连接部25的运动带动感应箱11的运动，驱动装置23可调节运动速度和距离，因此，可实现感应加热的时间和被加热的工件量。在运行方面采用耐高温绝缘材料作为托盘22，实现感应圈运行模式，避免工件运行出现的中心摆动的问题，保证加温的均匀性。感应圈铜管110内采用绝缘树脂保护，避免工件与感应圈铜管110的接触，出现短路危险。
参照图2，所述滑道21上设置有至少两个限位器，在所述滑道21的两端分别固定有所述限位器。优选地，所述限位器为两个分别固定在所述滑道21两端。在滑道21的两端分别设置有限位器，用于限位驱动装置23的运动，保持驱动装置23在滑道21内运动及限位距离。所述加热电源12为中频加热电源。采用中频加热电源为常用的优选加热源，能提供足够的能量，加热时间也适于所用工件。
优选地，所述滑道21和/或所述托盘22上设置有风冷装置。在完成加热之后的工件，利用风冷装置快速降温，保证了晶粒的颗粒度符合要求，晶体不易变形和生长。优选地，所用工件为圆柱空心结构，其剖面为圆环，此时较优的实施方式是工件壁厚小于10mm；优选实施方式，所述感应圈铜管110内径大于工件外径5mm至10mm。根据工件的尺寸大小而调整感应圈铜管110的直径，当感应圈铜管110内径大于工件外径5mm至10mm时，工件的加热速度快，得到的晶粒更细小而均匀。
所述感应加热部分1还包括用于冷却中频加热电源12的循环水箱15，以及用于循环水过滤的过滤设备16。为了保证装置的正常运行，需要对加热电源12进行降温处理，设置的循环水箱15用于降温加热电源12，优选地，设置的过滤设备16对循环水箱15的水进行过滤，防止杂质或水垢的堆积而堵塞管道，同时，保证装置的正常运行。冷却方面采用循环蒸馏水冷却，同时还配以过滤设备16，避免因水质问题，导致铜管堵塞，提高设备的加温精度和延长设备使用寿命。
材料的塑性与晶粒大小成线性关系，晶粒越细小，材料的塑韧性更高，晶粒越粗大，其应力腐蚀就越高，发生断裂的可能性就更高，塑韧性越差，使用寿命也越短。
晶粒大小与再结晶程度息息相关，再结晶发生主要受相变驱动力影响，即变形应力、相变温度和元素的抑制作用。
Mn在铝合金基体当中与基体合金铝在均匀化处理时发生相变反应：Al+Mn→MnAl6。MnAl6相能阻止铝合金的再结晶过程，提高再结晶温度，使合金再结晶困难，需要长时间保温才能使得晶粒细化，让退火工艺时间过长。
本发明为快速退火工艺，对于铝合金退火工艺，关键就是回复与再结晶，回复就是相的重新析出与分布，因为慢速加热在回复过程中，会促使Mn等抑制再结晶颗粒进行离散分布，阻碍晶粒的再结晶程度，容易粗化。
本工艺采用中频感应加热，让铝材通过交变电流的磁场作用，瞬间达到相变温度，有效抑制了Mn等颗粒的细化和离散分布，工艺流程概要如下：
上料→对中固定→设定参数→滑道21运行→感应加热开始→滑道21停止→感应加热停止→卸料风冷。
一种铝型材快速退火工艺，使用以上所述的铝型材快速退火装置，其具体操作步骤为：
步骤一、启动电气控制柜13，启动循环水箱15内的循环水泵，空车运行并检查无漏水情况；
步骤二、将工件放置于托盘22上两端定位，防止工件滚动，调整和校对工件与感应圈中心位置后固定；
步骤三、启动电气控制柜13，感应箱11在滑道21上匀速通过，并对工件进行加热；
步骤四、所述感应箱11运动到限位器处停止加热；
步骤五、对工件进行风冷。
步骤三中，对工件进行加热是指：所述加热电源12的频率设定在20-50KHz、所述感应箱11通过时工件表面温度为350℃至550℃，即感应箱11通过工件表面任一点时该点的瞬时温度为350℃至550℃；在此参数条件下，要求所述感应箱11通过单个工件的时间为1s至15s。当感应箱11通过工件时，工件被瞬时加热，其瞬时加热速度为350℃/s至550℃/s。优选地，所述感应箱11通过时工件表面的瞬时温度为430℃，此时，所述感应箱11通过单个工件的时间为1s至10s，具体通过工件的时间的长短可以根据调节驱动装置23的速度来实现。当感应箱11远离被加热的工件时，工件可自然冷却或采用风冷快速冷却，保证了工件组织的晶粒细小，晶粒不易继续长大。
本工艺通过感应加热的涡流效应，使工件瞬间产生交变电流，达到快速升温和冷却的目的，保留工件组织的位错能，让晶粒来不及长大，提高再结晶的效果，获得更细的晶粒组织，提高材料韧性，选用中频设备可以有效地提高铝材的加热深度，保证加热的均匀性。
后续加热完成后，还可以配以自动化包装设备，实现生产和包装同步完成，优化生产流程，降低人工成本，提高生产效率。
参照图4，慢速退火的实施情况，采用牌号为3003的铝型材，符合国家标准GBT3190-1996《变形铝及铝合金化学成分》Si≤0.60％，Fe≤0.70％，Cu≤0.05-0.20％，Mn≤1.00-1.50％，Zn≤0.10％的要求，挤压状态T5。
慢速退火：采用井式炉慢速退火工艺，升温速度10℃/min，在430±5℃保温15min后，出炉空冷。
检测：根据国家标准GBT3246.1-2012《变形铝及铝合金制品显微组织检验方法，第1部分显微组织检验方法》选用浸蚀剂6号，腐蚀时间5-10s，通过OLYMPUS-GX51金相显微镜进行晶粒评级，评级情况见图4。
具体结果如下，视场数：1，平均截距数：51，平均截距：42um，平均级别5.9级，平均直径：47.4525um，平均面积2251.74um2，晶粒密度：444.101个/mm2。
参照图5，采用本发明的具体实施例，采用牌号为3003的铝型材，符合国家标准GBT3190-1996《变形铝及铝合金化学成分》Si≤0.60％，Fe≤0.70％，Cu≤0.05-0.20％，Mn≤1.00-1.50％，Zn≤0.10％的要求，挤压状态T5。
快速退火：采用感应快速退火工艺，升温速度430℃/s，在430±5℃保温10s后，出炉空冷。
检测：根据国家标准GBT3246.1-2012《变形铝及铝合金制品显微组织检验方法，第1部分显微组织检验方法》选用浸蚀剂6号，腐蚀时间5-10s，通过OLYMPUS-GX51金相显微镜进行晶粒评级，评级情况见图5。
具体结果如下，视场数：1，平均截距数：97，平均截距：29um，平均级别7.0级，平均直径：32.5178um，平均面积1057.40um2，晶粒密度：945.712个/mm2。
本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铝型材快速退火装置，与电气控制柜(13)电连接，其特征在于：包括感应加热部分(1)和机械传动部分(2)；其中，所述感应加热部分(1)包括感应箱(11)、设置在所述感应箱(11)内的感应圈铜管(110)和与所述感应箱(11)电连接的加热电源(12)，所述感应箱(11)电连接所述电气控制柜(13)；
所述机械传动部分(2)包括滑道(21)、设置有滑块的连接部(25)和驱动所述滑块运动的驱动装置(23)，所述连接部(25)与所述感应箱(11)固定连接，所述滑块设置在所述滑道(21)上，工作时由所述驱动装置(23)驱动带动所述感应箱(11)沿所述滑道(21)滑动，所述驱动装置(23)与所述电气控制柜(13)电连接；
还包括至少一个的贯穿所述感应箱(11)的托盘(22)，所述托盘(22)用于放置需要退火处理的铝型材工件；
所述托盘(22)的中心线与所述感应圈铜管(110)的中心线及工件的中心线重合。
2.根据权利要求1所述的一种铝型材快速退火装置，其特征在于：所述滑道(21)上设置有至少两个限位器，其中两个所述限位器分别固定在所述滑道(21)的两端。
3.根据权利要求1所述的一种铝型材快速退火装置，其特征在于：所述加热电源(12)为中频加热电源。
4.根据权利要求1所述的一种铝型材快速退火装置，其特征在于：所述滑道(21)和/或所述托盘(22)上设置有风冷装置。
5.根据权利要求1所述的一种铝型材快速退火装置，其特征在于：所述托盘(22)为圆弧形结构托盘。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种铝型材快速退火装置，其特征在于：所述感应加热部分(1)还包括用于冷却所述加热电源(12)的带有循环水泵的循环水箱(15)，以及用于循环水过滤的过滤设备(16)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的一种铝型材快速退火装置，其特征在于：所述感应圈铜管(110)内径大于工件外径5mm至10mm。
8.一种使用上述任一权利要求所述铝型材快速退火装置的铝型材快速退火工艺，其特征在于，其操作步骤为：
步骤一、启动电气控制柜(13)，启动循环水箱(15)内的循环水泵，空车运行并检查无漏水情况；
步骤二、将工件放置于托盘(22)上，调整和校对工件与感应圈铜管(110)中心位置后固定；
步骤三、启动所述电气控制柜(13)，感应箱(11)开始工作并被驱动在滑道(21)上匀速滑行，对工件进行加热；
步骤四、所述感应箱(11)运动到滑道(21)相对应的端头的限位器处停止加热；
步骤五、对工件进行风冷。
9.根据权利要求8所述的一种铝型材快速退火工艺，其特征在于：步骤三中，对工件进行加热是指：加热电源(12)的频率设定在20-50k Hz、所述感应箱(11)通过工件时将工件加热至表面温度为350℃至550℃。
10.根据权利要求9所述的一种铝型材快速退火工艺，其特征在于：所述感应箱(11)通过工件时将工件加热至表面温度为430℃。
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