CN106868290B - 铝合金工件热处理实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝合金工件热处理技术领域，尤其涉及一种铝合金工件热处理实验方法。铝合金工件位于热风通道的两个通道段的出口端之间，炉膛内除热风通道外区域的气流由离心风机吸取，并向热风通道中的两个通道段排出，排出气流经电热元件加热后由喷嘴喷出，流动至炉膛中除热风通道外的区域，然后离心风机再次吸取，这样往复循环，最终炉内温度达到设定温度。然后将安装有铝合金工件插入两个通道段的出口端之间，热风对其进行加热。通过调节加热温度、加热速度和加热时间来模拟多种热处理过程以及研究不同加热温度、加热速度和加热时间的热处理效果，填补了该领域实验设备的空白。

Description

铝合金工件热处理实验方法

技术领域

本发明涉及铝合金工件热处理技术领域，尤其涉及一种铝合金工件热处理实验方法。

背景技术

铝合金工件热处理的主要目的是提高强度和综合性能，消除压力加工过程中所产生的内应力，以获得均匀的组织和性能，基本工艺有固溶(淬火)、退火及时效处理等。固溶处理是将铝合金加热到某一温度区间保温，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺；退火属软化处理，用以获得稳定、均匀的组织和优良的加工塑性；固溶后时效是通过析出过程中的析出相控制获得各种性能匹配。

固溶处理过程中的升温速率、加热均匀性对合金再结晶组织、冲压前成形性能以及烘烤硬化性能等具有决定性作用，因此铝合金工件的固溶处理在一些领域(例如铝合金汽车板、航空板等)中是必须的关键工艺步骤之一，而这一热处理工艺离不开加热和保温步骤。目前，用于热处理的加热方法主要有如下几种：

1、辐射加热方式。物质受热激发起原子的复杂运动，进而向外以电磁波的形式发射并传播热量，接收这种电磁波的物体又将吸收的辐射能转变成热能。黑度系数是指物体对辐射的吸收能力，铝合金由于黑度系数非常小，对辐射的吸收能力较差，因此不能采用常规的辐射加热方式的热处理炉(如电阻炉)进行快速加热，同时常规加热炉加热温度也不均匀，难以满足铝合金固溶处理所要求的±3℃以内的加热均匀性要求。

2、盐浴加热方式。即熔融盐液作为加热介质、将工件浸入盐液内加热。铝合金可以采用盐浴加热方式进行热处理，盐浴热处理综合换热系数大，工件加热速度快，工件与浴液密切接触，加热均匀、变形小。盐浴炉热容量较大，加热温度波动小，容易保持中性状态，实现无氧化、无脱碳加热，并容易实现工件局部加热操作。但盐浴炉导致环境恶劣，对工件有一定腐蚀，使用寿命相对较短，工作空间尺寸和功率来讲，功率较大，尺寸较小，废盐对环境有些污染，且不能实现连续化生产，大大降低生产效率。

3、热风加热方式。热风加热方式具有加热速度快、加热均匀性好的优点，相比于上述两种加热方式，采用热风加热方式加热铝合金工件是上佳选择。但现有热风循环热处理炉存在加热温度低、热风循环慢等问题。因此，对于铝合金工件进行热处理的设备结构和热处理工艺还有待进一步研究。但是目前，针对于铝合金工件热处理的实验方法仍是空白。

综上，亟需提供一种铝合金工件热处理实验方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种铝合金工件热处理实验方法，以填补针对于铝合金工件热处理的实验方法的空白。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供一种铝合金工件热处理实验方法，实验方法采用的实验炉包括：保温炉体，保温炉体中设有炉膛；可插拔地安装在保温炉体上的保温炉门，保温炉门的前端设有用于安装铝合金工件的安装件；设置在炉膛内的热风通道，热风通道包括第一通道段和第二通道段，第一通道段和第二通道段的出口端均设有多个喷嘴，并且二者的出口端相对间隔设置，形成供铝合金工件插入的空隙，保温炉门插入保温炉体时安装件对应于空隙；分别设置在第一通道段和第二通道段中的第一电热元件和第二电热元件；离心风机，离心风机的入风口与炉膛内除热风通道以外的区域连通，离心风机的出风口同时与第一通道段的入口端和第二通道段的入口端连通；与离心风机连接的变频器；设置在炉膛内的第一温度测量仪；与第一温度测量仪、第一电热元件和第二电热元件连接的PID温度控制装置；采用上述实验炉执行如下步骤：S1、启动离心风机、第一电热元件和第二电热元件，使炉膛中的空气经离心风机进入第一通道段和第二通道段中，并加热后从第一通道段和第二通道段的喷嘴喷射出之后返回炉膛中，以使炉膛升温，同时PID温度控制装置根据第一温度测量仪的测量值控制通过第一电热元件和第二电热元件的电流以使炉膛内的温度达到设定温度并维持在设定温度；S2、当炉膛内的温度稳定在设定温度时，将安装有铝合金工件的保温炉门插入保温炉体中，铝合金工件插入到第一通道段和第二通道段的出口端之间的空隙中，喷嘴喷射出的加热的空气对铝合金工件的相反两个表面加热；S3、步骤S2执行预设时间后，使离心风机、第一电热元件和第二电热元件停止工作，然后拔出保温炉门。

根据本发明，在步骤S1中，采用PID温度控制装置控制炉膛内的温度精度小于等于±1℃以及炉膛内温度均匀性小于等于±1.5℃。

根据本发明，实验炉还包括风压测量仪和PID风压控制装置，风压测量仪设置在炉膛内，PID风压控制装置与风压测量仪和变频器连接；在步骤S1中，PID风压控制装置根据风压测量仪的测量值控制变频器调节离心风机的频率，以使炉膛内的风压维持在期望的数值/数值范围。

根据本发明，在步骤S2之前，在铝合金工件上安装第二温度测量仪，以用于监控铝合金工件的温度变化；在步骤S2中，实时采集第二温度测量仪测量的温度值并记录。

根据本发明，保温炉体包括内壁和外壳，内壁和外壳之间设有空腔，在该空腔中填充有硅酸铝纤维形成保温层，该保温层的厚度位于200-250mm的范围内；保温炉门中形成有空腔，在该空腔中填充有硅酸铝纤维。

根据本发明，内壁由不锈钢板制成，其厚度位于1.5-3.5mm的范围内；内壁通过预埋件与外壳固定，并且内壁的靠近外壳的一侧形成有槽型加强筋。

根据本发明，在第一通道段上固定有第一中空陶瓷杆，第一电热元件为电阻丝，缠绕在第一中空陶瓷杆上；在第二通道段上固定有第二中空陶瓷杆，第二电热元件为电阻丝，缠绕在第二中空陶瓷杆上。

根据本发明，第一电热元件和第二电热元件的加热功率位于5-40kW的范围内。

根据本发明，第一通道段的入口端和第二通道段的入口端连接，并且第一通道段和第二通道段镜像对称设置，形成回字形的热风通道。

根据本发明，在第一通道段的入口端处、第二通道段的入口端处、第一电热元件处、第二电热元件处、第一通道段的喷嘴处和第二通道段的喷嘴处均设置第一温度测量仪。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明的铝合金工件热处理实验方法，启动离心风机、第一电热元件和第二电热元件后，炉膛内除热风通道外区域的气流由离心风机吸取，并向热风通道中的第一通道段和第二通道段排出，排出气流经第一电热元件/第二电热元件加热后由喷嘴喷出，流动至炉膛中除热风通道外的区域，然后离心风机再次吸取，这样往复循环，最终炉内温度稳定到设定温度。炉内温度稳定在设定温度后，将安装有铝合金工件的保温炉门插入保温炉体中，从喷嘴喷出的热风会对铝合金工件的两个相反的表面进行加热。其中，采用空气射流方式，通过电热元件将热风通道中的空气加热，在离心风机推动下，产生高速热风，热风通过喷嘴喷射至铝合金工件的两个相反表面，对铝合金工件进行加热，其中产生的高速热风起到均匀加热的效果，使得铝合金工件不会出现局部性能差异，能够提高铝合金工件合格率。进一步，由于炉膛内热风密闭循环且炉体和炉门是保温的，可大幅降低能耗，技术进步效果显著。另外，通过PID温度控制装置可达到不同设定温度，即实现不同的加热温度；通过变频器可调节离心风机的频率，进而调节射流速度，也即调节了加热速度；可随时停止加热将铝合金工件从实验炉中拔出，进而控制加热时间；同时采用第一温度测量仪实时反馈炉膛内的温度，控制更加精确。综上，本发明的铝合金工件热处理实验方法能够根据实验需求设定不同的加热温度、加热速度和加热时间，模拟多种热处理过程(包括但不限于固溶过程、退火过程、时效过程)以及研究不同加热温度、加热速度和加热时间的热处理效果，填补了该领域实验方法的空白。

附图说明

图1是如下具体实施方式中实施例一所提供实验方法采用的实验炉的主视示意图；

图2是图1中示出的实验炉的左视示意图；

图3是图1中示出的实验炉的俯视示意图；

图4是采用如下具体实施方式中实施例一所提供实验方法进行热处理时，1mm厚6016铝合金冷轧板在560℃加热温度下的升温曲线。

图5是不同固溶方式铝合金再结晶晶粒分布对比图，其中，(a)对应的是本发明实验方法中的加热方式，(b)对应的是电阻加热方式；

图6是采用如下具体实施方式中实施例二所提供的实验方法进行热处理时，1mm厚的6016铝合金冷轧板在290℃加热温度下的升温曲线；

图7是采用如下具体实施方式中实施例三所提供的实验方法进行热处理时，3mm厚的6061铝合金冷轧板在490℃加热温度下的升温曲线。

【附图标记说明】

图中：

1：保温炉体；2：炉膛；3：保温炉门；4：安装件；5：第一通道段；6：第二通道段；7：喷嘴；8：空隙；9：第一电热元件；10：第二电热元件；11：离心风机；12：第一温度测量仪；13：铝合金工件；14：内壁；15：外壳；16：保温层；17：风压测量仪。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例一

参照图1至图3，本实施例提供一种铝合金工件热处理实验方法。本实施例的实验方法采用的实验炉包括保温炉体1、保温炉门3、热风通道、第一电热元件9、第二电热元件10、离心风机11、第一温度测量仪12、PID温度控制装置(图中未示出)以及变频器(图中未示出)。其中，保温炉体1中设有炉膛2；保温炉门3可插拔地安装在保温炉体1上，保温炉门3的前端设有用于安装铝合金工件13的安装件4；热风通道设置在炉膛2内，热风通道包括第一通道段5和第二通道段6，第一通道段5和第二通道段6的出口端均设有多个喷嘴7，并且第一通道段5和第二通道段6的出口端相对间隔设置，形成供铝合金工件13插入的空隙8，保温炉门3插入保温炉体1时安装件4对应于空隙8，由此，保温炉体1上供保温炉门3插入的插口是对应于空隙8的；第一电热元件9设置在第一通道段5；第二电热元件10设置在第一通道段5中；离心风机11的入风口与炉膛2内除热风通道以外的区域连通，离心风机11的出风口同时与第一通道段5的入口端和第二通道段6的入口端连通；变频器与离心风机11连接，以调节离心风机的频率；PID温度控制装置与第一电热元件9、第二电热元件10以及炉膛2内的第一温度测量仪12连接，其中，PID温度控制装置与第一电热元件9、第二电热元件10具体为有线电连接，PID温度控制装置与温度测量仪12具体为通讯连接(可为有线或无线方式)。

采用上述实验炉执行如下步骤：

S1、启动离心风机11、第一电热元件9和第二电热元件10，使炉膛2中的空气经离心风机11进入第一通道段5和第二通道段6中，并加热后从第一通道段5和第二通道段6的喷嘴7喷射出之后返回炉膛2中，以使炉膛2升温，同时PID温度控制装置根据第一温度测量仪12的测量值控制通过第一电热元件9和第二电热元件10的电流以使炉膛2内的温度达到设定温度并维持在设定温度，其中，可理解，在热风加热工况中，炉膛内的温度并不可能严格恒定在固定的设定温度，可能会出现小的波动，因此，这里所说的“维持在设定温度”指可以恒定在设定温度、也可以以设定温度为基础上下波动；

S2、当炉膛2内的温度稳定到设定温度时，即炉膛2内的温度维持在设定温度时，将安装有铝合金工件13的保温炉门3插入保温炉体1中，铝合金工件13插入到第一通道段5和第二通道段6的出口端之间的空隙8中，喷嘴7喷射出的加热的空气对铝合金工件13的相反两个表面加热；

S3、步骤S2执行预设时间后，使离心风机11、第一电热元件9和第二电热元件10停止工作，然后拔出保温炉门3。

由此，启动离心风机11、第一电热元件9和第二电热元件10后，炉膛2内除热风通道外区域的气流由离心风机11吸取，并同时向热风通道中的第一通道段5和第二通道段6排出，排出气流经第一电热元件9/第二电热元件10加热后由喷嘴7喷出，喷出的气流流动至炉膛2中除热风通道外的区域，然后离心风机11再次吸收，这样往复循环，最终炉内温度稳定到设定的加热温度。当炉内温度稳定在设定的加热温度后，将安装有铝合金工件13的保温炉门3插入保温炉体1中，铝合金工件13位于第一通道段5和第二通道段6的出口端之间，第一通道段5和第二通道段6的出口端分别面对铝合金工件13的两个相反表面，喷出的加热的气流对铝合金工件13进行加热。其中，采用空气射流方式，通过电热元件将热风通道中的空气加热，在离心风机11推动下，产生高速热风，热风通过喷嘴7喷射至铝合金工件13的两个相反表面，对铝合金工件13进行加热，其中产生的高速热风起到均匀加热以及快速加热的效果，使得铝合金工件13不会出现局部性能差异，能够提高铝合金工件13的合格率。进一步，由于炉膛2内热风密闭循环且炉体和炉门是保温的，大幅减小流失到外部环境的热量，进而大幅降低能耗，并且保证炉膛2内温度稳定，技术进步效果显著。另外，通过PID温度控制装置可控制第一电热元件9和第二电热元件10的加热效果，进而控制炉内达到不同设定温度，即实现不同的加热温度；通过变频器调节离心风机的频率，进而调节射流速度，也即调节了加热速度；可随时停止加热将铝合金工件从实验炉中拔出，进而控制加热时间；同时采用第一温度测量仪12实时反馈炉膛2内的温度，控制更加精确。

综上，本实施例的铝合金工件热处理实验方法能够根据实验需求设定加热温度、加热速度和加热时间，模拟铝合金工件13的多种热处理过程(包括但不限于固溶过程、退火过程、时效过程)以及研究不同加热温度、加热速度和加热时间的热处理效果，填补了该领域实验设备的空白。特别地，本实施例的实验方法可以模拟采用先进的铝合金热处理装置(例如气垫炉、辊底炉、三级时效炉)对例如铝合金汽车板、航空板、舰艇板、高铁列车板等高端高精铝合金工件进行多种固溶、退火以及时效处理，例如可以用于O、T4、T4P、T6、T61、T7、T8、T8X、RRA、ORR、FTMT、双重淬火、单级、双级、三级时效处理等热处理工艺实验。进行热处理的铝合金工件的种类包括但不限于2xxx系、3xxx系、5xxx系、6xxx系和7xxx系，其中2xxx、7xxx和部分6xxx铝合金需要水淬，大部分6xxx合金需要空冷时效处理，3xxx和5xxx需要进行退火处理。而且，某些钢制件(例如钢板)的中温回火处理也可以采用本实施例的实验方法，如耐磨钢、超高强钢。

首先，具体描述本实验方法所采用的实验炉。

在本实施例中，实验炉还包括控制系统，保温炉门3上设有与机械手连接的连接件，可通过控制系统控制机械手操作保温炉门3的插拔。

另外，在本实施例中，保温炉门3呈梯形，其沿指向炉膛2的方向变窄，保温炉门3上的安装件4设置在保温炉门3的窄端(即前端)，并且安装件4优选为夹子，铝合金工件13可通过顶丝固定在该夹子上。

进一步，在本实施例中，保温炉体1包括内壁14和外壳15，内壁14和外壳15由独立的板件形成，其中，内壁14由不锈钢板制成，优选地，采用SUS304以上材质的钣金折弯加工而成，并且形成有槽型加强筋，以避免受热变形鼓起。内壁14周身通过预埋件与外壳15固定，并且固定后槽型加强筋位于内壁14的靠近外壳15的一侧。内壁14的厚度位于1.5-3.5mm的范围内。

进一步，在本实施例中，保温炉体1的内壁14和外壳15之间设有空腔，在该空腔中填充有硅酸铝纤维形成保温层16，该保温层16的厚度位于200-250mm的范围内，硅酸铝纤维可通过固定件固定在内壁14或外壳15上。其中，硅酸铝纤维是一种耐高温纤维，具有容重轻、耐高温、热稳定性好、热传导率低、抗机械震动、富有弹性、隔声、电绝缘和化学稳定性好等特点，本实施例所采用的硅酸铝纤维的使用温度为1000℃。当然，本发明不局限于此，在其他实施例中，可以用其他耐高温保温材料替换硅酸铝纤维，例如岩棉、玻璃纤维等，也可采用多种耐高温保温材料组合使用。此外，本实施例中是在炉体中夹设保温材料形成保温炉体，在其他实施例中也可以通过在炉体内侧表面上设置保温层等方式来形成保温的炉体。

进一步，在本实施例中，保温炉门3中形成有空腔，在该空腔中填充有硅酸铝纤维，硅酸铝纤维通过固定件固定在保温炉门3的空腔壁上。同上述保温炉体1，硅酸铝纤维可以用岩棉、玻璃纤维等其他耐高温保温材料替换，也可采用多种耐高温保温材料组合使用。并且在其他实施例中，也可以采用在炉门内侧表面上设置保温层等方式获得保温的炉门。

进一步，在本实施例中，实验炉还包括可滑动地连接在保温炉体1上的外层炉门，该外层炉门可在覆盖保温炉体1上的插口的位置和为保温炉门3插拔让位的位置之间滑动。由此，在保温炉门3未安装在保温炉体1上时，可采用外层炉门覆盖炉体1上的插口，遮蔽炉膛2，使得炉膛2内的升温更快。当要插入铝合金工件时，让外层炉门运动到让位位置，保温炉门3即可插入到炉体1上的插口中，优选地，保温炉门3与该插口的形状配合以覆盖该插扣，有利于保温。优选地，插口和外层炉门都设置在保温炉体1的顶壁上，保温炉门3的插拔方向为上下方向。

进一步，在本实施例中，热风通道通过螺栓固定在保温炉体1的内壁14上。第一通道段5的入口端与第二通道段6的入口端固定连接在一起(两个入口端可一体成型也可采用氩弧焊连接)并且彼此连通，并且第一通道段5和第二通道段6镜像对称设置，也就是说第一通道段5翻转180°后可与第二通道段6重合，二者形成回字形的热风通道，其中，仅在第一通道段5和第二通道段6的出口端留有空隙8以供铝合金工件13插入。由此，保证铝合金工件13两侧表面受热一致，进而保证加热均匀。

此外，第一通道段5和第二通道段6均由多节管道连接而成，相邻管道的连接处采用氩弧焊。

进一步，在本实施例中，离心风机11的出风口通过氩弧焊与第一通道段5和第二通道段6的入口端直接连接，当然，本发明不局限于此，离心风机11的出风口也可通过例如三通阀等连接件与第一通道段5和第二通道段6的入口端连接。

进一步，在本实施例中，在第一通道段5上固定有第一中空陶瓷杆，第一电热元件9为电阻丝，电阻丝均匀缠绕在第一中空陶瓷杆上，电阻丝的导线穿设在第一中空陶瓷杆的中央孔中，导线用于连接电阻丝和PID温度控制装置。第一电热元件9的加热功率位于5-40kW的范围内。

进一步，在本实施例中，在第二通道段6上固定有第二中空陶瓷杆，第二电热元件10为电阻丝，电阻丝均匀缠绕在第二中空陶瓷杆上，电阻丝的导线穿设在第一中空陶瓷杆的中央孔中，导线用于连接电阻丝和PID温度控制装置。第二电热元件10的加热功率位于5-40kW的范围内。

优选地，参见图3，第一电热元件9和第二电热元件10设于第一通道段5和第二通道段6的相对的两部分管段中。

进一步，在本实施例中，第一通道段5和第二通道段6的出口端的端面密封，在密封端面上开设多个孔，通过氩弧焊将多个喷嘴7一一对应地安装在多个孔中。其中，第一通道段5和第二通道段6的出口端的端面彼此平行，喷嘴7的喷射方向垂直于上述出口端的端面。优选地，第一通道段5和第二通道段6上的喷嘴7各自成排布置，并且第一通道段5上的喷嘴7和第二通道段6上的喷嘴7错开布置，以有利于均匀加热铝合金工件13。优选地，喷嘴7可为旋转式喷嘴。

进一步，在本实施例中，在第一通道段5的入口端处、第二通道段6的入口端处、第一电热元件9处、第二电热元件10处、第一通道段5的喷嘴处和第二通道段6的喷嘴处各设置一个第一温度测量仪12，所有第一温度测量仪12均与PID温度控制装置连接，PID温度控制装置以所有第一温度测量仪12的测量值作为依据调节通过第一电热元件9和第二电热元件10的电流，这样的设置可保证炉膛2内的温度精度小于等于±1℃(即炉膛2内的实际温度与设定温度之间的差值在1℃的范围内)，炉膛2内温度均匀性小于等于±1.5℃(即各个第一温度测量仪12的测量值之间温差不超过1.5℃)。第一温度测量仪12可以为热电偶。

进一步，实验炉还包括设置在炉膛2内的风压测量仪17，优选地，在第一通道段5的入口端处、第二通道段6的入口端处、第一通道段5的喷嘴处、第二通道段6的出口端的喷嘴处以及空隙8处各设置一个风压测量仪17。

根据收集的风压测量仪17的测量值，可实时采集炉内定点位置的风压值，风压值可反应风速，也即反应喷射速度。由此，根据需要通过变频器调节离心风机11的频率，将炉内定点位置的风压值控制在期望的数值/数值范围，即能将喷射速度控制在期望的数值/数值范围。其中，可理解，离心风机11的频率改变，喷射速度即会改变，风压也会随之变化。由此，风压测量仪17的测量为离心风机11的频率调节提供了实时的依据。当然，依据不同的实验目的，可以将离心风机11的频率设定在固定值，而不实时调节。

进一步，实验炉还包括PID风压控制装置(图中未示出)，PID风压控制装置与风压测量仪17、变频器连接，PID风压控制装置根据风压测量仪17的测量值控制变频器调节离心风机11的频率以使炉膛2内的风压维持在期望的数值/数值范围。

其中，上述PID温度控制装置和PID风压控制装置能够在插入铝合金工件之前将炉膛内的温度和风压控制在合适、稳定的状态。

进一步，在本实施例中，实验炉还包括用于固定在安装于保温炉门3上的铝合金工件13上的第二温度测量仪，第二温度测量仪用于实时监控铝合金工件13的温度，第二温度测量仪与控制系统连接，可将测量值传输给控制系统。通过第二温度测量仪的测量，可以观察铝合金工件13的温度变化，考察热处理速度。优选地，第二温度测量仪为热电偶，其可通过铆接固定在铝合金工件13上，当然，也可选用其他方式固定在铝合金工件13上。

进一步，本实施例的实验炉尤其适用于铝合金板的热处理，优选地，该实验炉的长度为3-4m，高度为1.5-1.6m，宽度为2m，铝合金板的宽度小于等于300mm，长度小于等于500mm，可加热厚度范围为0.2-50mm。

更进一步，本实施例的实验炉的工作温度的设定视所要进行的热处理的种类而定，例如，固溶处理的温度范围为500-600℃；时效处理的温度范围为60-300℃。并且，控制离心风机11的频率以控制喷射速度在40-70m/s范围内。

具体地，在本实施例中，以铝合金工件13选用250mm×250mm×1mm的6016铝合金冷轧板为例，进行固溶处理实验，具体步骤如下：

S0、将铝合金工件13通过顶丝固定在保温炉门3上的夹子上(固定方向是：保证加热时，向铝合金工件13的250mm×250mm的两个表面喷射热风)，将热电偶(即第二温度测量仪)铆接在铝合金工件13上，并将其另一端连接在控制系统上，以获得升温曲线；

S1、启动离心风机11、第一电热元件9和第二电热元件10(即，使离心风机11通电并开启离心风机11，使第一电热元件9和第二电热元件10通电发热)，使炉膛2中的空气经离心风机11进入第一通道段5和第二通道段6中，并加热后从两个出口端的喷嘴7喷射出，这些热风随后进入炉膛2内，又被离心风机11抽出并排到热风通道中，循环加热，以将炉膛2内的温度加热至设定温度(在本实施例中设定温度为560℃，通过第一温度测量仪12所测量的温度确定炉膛2内的温度是否加热到设定温度)，并且PID温度控制装置根据第一温度测量仪12的测量值自动控制通过第一电热元件9和第二电热元件10的电流以将炉膛2内的温度维持在设定温度，同时采用PID温度控制装置自动控制炉膛2内的温度精度小于等于±1℃，炉膛2内温度均匀性小于等于±1.5℃，此外，PID风压控制装置根据风压测量仪17的测量值控制变频器调节离心风机11的频率，以最终控制喷射速度位于40-70m/s的范围内，在本实施例中，将风压控制为0.96MPa；

S2、打开覆盖插口的外层炉门，在控制系统的命令下，通过机械手臂将保温炉门3插入保温炉体1中，此时铝合金工件13插入到第一通道段5和第二通道段6的出口端之间的空隙8中，之后实时采集第二温度测量仪测量的温度值并记录；

S3、步骤S2执行预设时间(在本实施例中预设时间为110s)后，使离心风机11、第一电热元件9和第二电热元件10停止工作(即关闭离心风机11并使第一电热元件9和第二电热元件10断电)，然后控制系统控制机械手臂拔出保温炉门3，铝合金工件13也随之脱离实验炉。

至此，参见图4，采用上述实验方法进行实验，在风压为0.96MPa的情况下，铝合金工件13升到设定温度560℃所需时间约74s，平均升温速率达7.0℃/s，相比于现有固溶过程中的升温耗时缩短了3倍。

进一步，为了考察通过上述固溶的铝合金工件13的其他性质，将取出的铝合金工件13放置在冷却设备中充分风冷至室温，然后转到时效炉中进行预时效处理，冷却和时效过程可始终采用保温炉门3夹持着铝合金工件13。

具体地，预时效处理在一定程度上可以抑制自然时效，延长产品性能保质期，抑制强度上升，提高成形性，便于冲压；提高烘烤硬化后强度，满足强度要求。预时效温度设定为75℃，时间为8h，随后空冷至室温停放。

室温停放7天，模拟铝合金工件13从铝加工厂到下级制造厂(例如汽车制造厂)的运输存储过程。铝合金工件13停放7天后进行力学性能测定，其屈服强度为115.25MPa，抗拉强度为242.43MPa，断后伸长率为24.84％，屈强比为0.48，均符合标准要求。

室温停放7天后，进行2％单向变形，并于185℃温度下保温20min，模拟铝板烤漆硬化过程，空冷到室温后进行性能测定，其屈服强度为218.93MPa，抗拉强度为292.59MPa，断后伸长率为19.66％，均符合标准要求，并且如图5，针对再结晶组织而言，本实验方法(参见(a))与电阻炉固溶(参见(b))相比更加均匀。

综上，上述铝合金工件13使用上述实验方法进行固溶处理，并经适当预时效且室温停放后，其强度较低，成形性显著提高，有利于冲压。烤漆硬化后，其强度提高，满足客户对抗凹性的需求。整体而言，铝合金工件13使用上述实验方法进行固溶处理后的组织性能更好。

当然，上述实验方法仅是以固溶处理作为实例，根据所要研究的不同热处理方法以及所要研究的不同参数(例如加热温度、加热时间、加热速度)对铝合金工件的性能影响，上述设定温度、预设时间、喷射速度等可做相应的调整。

实施例二

在本实施例中，与实施例一的不同之处在于，铝合金工件为1mm厚的6016铝合金冷轧板，设定温度(即加热温度)为290℃。参照图6，升到设定温度290℃所需时间约为40s，平均升温速率达7.3℃/s。同样，该6016铝合金冷轧板的升温速度有明显提高，体现了本实验方法能够提供快速的加热处理。

实施例三

在本实施例中，与实施例一的不同之处在于，铝合金工件为3mm厚的6061铝合金冷轧板，设定温度(即加热温度)为490℃。参照图7，升到设定温度490℃所需时间约为120s，平均升温速率达4.1℃/s。同样，该6061铝合金冷轧板的升温速度有明显提高，体现了本实验方法能够提供快速的加热处理。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种铝合金工件热处理实验方法，其特征在于，实验方法采用的实验炉包括：

保温炉体(1)，所述保温炉体(1)中设有炉膛(2)；

可插拔地安装在所述保温炉体(1)上的保温炉门(3)，所述保温炉门(3)的前端设有用于安装铝合金工件(13)的安装件(4)，所述铝合金工件(13)为铝合金板；

设置在所述炉膛(2)内的热风通道，所述热风通道包括第一通道段(5)和第二通道段(6)，所述第一通道段(5)和所述第二通道段(6)的出口端均设有多个喷嘴(7)，并且二者的出口端相对间隔设置，形成供铝合金工件(13)插入的空隙(8)，所述保温炉门(3)插入所述保温炉体(1)时所述安装件(4)对应于所述空隙(8)；

分别设置在所述第一通道段(5)和所述第二通道段(6)中的第一电热元件(9)和第二电热元件(10)；

离心风机(11)，所述离心风机(11)的入风口与所述炉膛(2)内除热风通道以外的区域连通，所述离心风机(11)的出风口同时与所述第一通道段(5)的入口端和所述第二通道段(6)的入口端连通；

与所述离心风机(11)连接的变频器；

设置在所述炉膛(2)内的第一温度测量仪(12)；

与所述第一温度测量仪(12)、所述第一电热元件(9)和所述第二电热元件(10)连接的PID温度控制装置；

采用上述实验炉执行如下步骤：

S1、启动所述离心风机(11)、所述第一电热元件(9)和所述第二电热元件(10)，使所述炉膛(2)中的空气经所述离心风机(11)进入所述第一通道段(5)和所述第二通道段(6)中，并加热后从所述第一通道段(5)和所述第二通道段(6)的喷嘴(7)喷射出之后返回所述炉膛(2)中，以使所述炉膛(2)升温，同时所述PID温度控制装置根据所述第一温度测量仪(12)的测量值控制通过所述第一电热元件(9)和所述第二电热元件(10)的电流以使所述炉膛(2)内的温度达到设定温度并维持在设定温度；

S2、当所述炉膛(2)内的温度稳定在设定温度时，将安装有铝合金工件(13)的所述保温炉门(3)插入所述保温炉体(1)中，所述铝合金工件(13)插入到所述第一通道段(5)和所述第二通道段(6)的出口端之间的所述空隙(8)中，所述喷嘴(7)喷射出的加热的空气对所述铝合金工件(13)的相反两个表面加热；

S3、步骤S2执行预设时间后，使所述离心风机(11)、所述第一电热元件(9)和所述第二电热元件(10)停止工作，然后拔出所述保温炉门(3)。

2.根据权利要求1所述的铝合金工件热处理实验方法，其特征在于，

在步骤S1中，采用所述PID温度控制装置控制所述炉膛(2)内的温度精度小于等于±1℃以及所述炉膛(2)内温度均匀性小于等于±1.5℃。

3.根据权利要求1所述的铝合金工件热处理实验方法，其特征在于，

所述实验炉还包括风压测量仪(17)和PID风压控制装置，所述风压测量仪(17)设置在所述炉膛(2)内，所述PID风压控制装置与所述风压测量仪(17)和所述变频器连接；

在步骤S1中，所述PID风压控制装置根据所述风压测量仪(17)的测量值控制所述变频器调节所述离心风机(11)的频率，以使所述炉膛(2)内的风压维持在期望的数值/数值范围。

4.根据权利要求1所述的铝合金工件热处理实验方法，其特征在于，

在步骤S2之前，在所述铝合金工件(13)上安装第二温度测量仪，以用于监控铝合金工件(13)的温度变化；

在步骤S2中，实时采集所述第二温度测量仪测量的温度值并记录。

5.根据权利要求1所述的铝合金工件热处理实验方法，其特征在于，

所述保温炉体(1)包括内壁(14)和外壳(15)，所述内壁(14)和所述外壳(15)之间设有空腔，在该空腔中填充有硅酸铝纤维形成保温层(16)，该保温层(16)的厚度位于200-250mm的范围内；

所述保温炉门(3)中形成有空腔，在该空腔中填充有硅酸铝纤维。

6.根据权利要求5所述的铝合金工件热处理实验方法，其特征在于，

所述内壁(14)由不锈钢板制成，其厚度位于1.5-3.5mm的范围内；

所述内壁(14)通过预埋件与所述外壳(15)固定，并且所述内壁(14)的靠近所述外壳(15)的一侧形成有槽型加强筋。

7.根据权利要求1所述的铝合金工件热处理实验方法，其特征在于，

在所述第一通道段(5)上固定有第一中空陶瓷杆，所述第一电热元件(9)为电阻丝，缠绕在所述第一中空陶瓷杆上；

在所述第二通道段(6)上固定有第二中空陶瓷杆，所述第二电热元件(10)为电阻丝，缠绕在所述第二中空陶瓷杆上。

8.根据权利要求7所述的铝合金工件热处理实验方法，其特征在于，

所述第一电热元件(9)和所述第二电热元件(10)的加热功率位于5-40kW的范围内。

9.根据权利要求1所述的铝合金工件热处理实验方法，其特征在于，

所述第一通道段(5)的入口端和所述第二通道段(6)的入口端连接，并且所述第一通道段(5)和所述第二通道段(6)镜像对称设置，形成回字形的热风通道。

10.根据权利要求1所述的铝合金工件热处理实验方法，其特征在于，

在所述第一通道段(5)的入口端处、所述第二通道段(6)的入口端处、所述第一电热元件(9)处、所述第二电热元件(10)处、所述第一通道段(5)的喷嘴处和所述第二通道段(6)的喷嘴处均设置所述第一温度测量仪(12)。