CN111826505B - 一种铝合金中厚板多级淬火冷却喷淋系统及实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属热处理领域，涉及一种铝合金中厚板多级淬火冷却喷淋系统及实施方法；多级淬火冷却喷淋系统包括：第一级冷却区、第二级冷却区、第三级冷却区、第四级冷却区和空冷烘干区；第一级冷却区喷淋冷却，保证工艺冷却速率的同时避免冷却速率过大带来的大芯表温差，产生大残余应力；第二级冷却区喷淋冷却，板材芯表快速冷却至工艺要求温度，同时达到板形控制效果；第三级冷却区喷淋冷却，使板材芯部冷却至工艺要求温度；第四级冷却区喷淋冷却，板材芯表温度最终冷却至工艺要求温度；空冷区：将板材表面残留淬火水排出并烘干板材表面；淬火完毕；满足铝合金中厚板的多级淬火工艺需求的同时有效控制冷却速率过大产生的残余应力和板形控制。

Description

一种铝合金中厚板多级淬火冷却喷淋系统及实施方法

技术领域

本发明属于金属热处理领域，涉及应用于铝合金辊底式淬火炉的一种的淬火系统及实施方法，具体涉及一种铝合金中厚板多级淬火冷却喷淋系统及实施方法。

背景技术

淬火是生产铝合金不可缺少的工序，以提高铝合金产品的塑性、强度及硬度，达到固溶效果。喷淋冷却技术因具有较强的可控性、传热能力强、冷却过程均匀、没有沸腾的滞后性等特点，已广泛应用于高性能铝合金中厚板的生产过程。

随着铝合金中厚板广泛应用于不同行业和场合，对板材性能要求不断提高，对淬火工艺提出了更高的要求。现有淬火系统结构常存在以下问题：1)冷却介质单一，对板材冷却速率的控制主要依靠淬火水压调节，冷却速率可调节范围受限，且水的冷却能力较强，容易引起厚板芯表温差较大，增大残余应力；2)淬火管道都沿宽度方向布置，无法对板材沿宽度方向上的冷却速率进行局部调控，以减小高压喷淋机械打击和冷却不均匀带来的板材宽度方向上塑性形变。3)由于喷淋淬火水量较大，存在无法有效将淬火水从板材表面排出至水槽的问题，板材表面积水现象一直得不到有效解决，这也是产生板材表面局部冷却速率不均匀而产生形变的一个重要原因。

专利CN104195481A(一种时效硬化型铝合金低残余应力的多级喷淋淬火工艺)和专利CN11205457A(一种适用于铝合金板材的新型喷淋淬火工艺)针对保证板材芯部淬透的前提下，减小板材淬火产生的残余应力，提高板材淬火后力学性能的问题，提出了宽范围冷却速率调控的多级喷淋冷却工艺，但是没有多级喷淋冷却工艺的实现方法和喷淋系统结构相关内容。

目前，铝合金中厚板(厚度通常在4mm-260mm)的喷淋淬火工艺采用水为单一冷却介质，喷淋淬火系统结构根据不同的冷却速率常提供两级冷却区，以高压淬火区和低压淬火区或硬软淬区和后冷却区进行定义。

发明内容

本发明的目的是：提供一种铝合金中厚板多级淬火冷却喷淋系统及实施方法，以实现生产不同类型铝合金中厚板材宽范围冷率速率多级喷淋淬火工艺的需求，同时解决板材宽度方向形变和板材表面的积水问题。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一方面，提供一种铝合金中厚板多级淬火冷却喷淋系统，包含：依次布置的第一级冷却区a、第二级冷却区b、第三级冷却区c、第四级冷却区d和空冷烘干区e；每一级冷却区均包含有位于板材2上表面上方布置的喷嘴组和管道；也包含有位于板材2下表面下方的辊道3之间以固定高度布置的喷嘴组和管道；

第一级冷却区a包含风雾喷刀装置a1、淬火水输送管道a2和淬火水喷嘴组a3；所述的风雾喷刀装置a1包含包覆于水雾输送管道a1-2之外的风输送管道a1-1，包覆于水雾喷刀a1-4之外的风刀a1-3；冷却风和水雾分别经风输送管道a1-1和水雾输送管道a1-2送至风刀a1-3和水雾喷刀a1-4后，以固定喷射角度α1喷射至板材表面；淬火水经淬火水输送管道a2送至淬火水喷嘴组a3，以固定角度α2喷射至板材表面；

第二级冷却区b包含沿长度方向交错布置的水雾喷嘴组b3和淬火水喷嘴组b5，沿宽度方向布置且位于板材上表面上方的水雾喷嘴输送支管道b2和淬火水喷嘴输送支管道b4，布置于第二级冷却区b两端并沿宽度方向分成若干组的水雾喷嘴输送母管道b1和淬火水喷嘴输送母管道b6，实现对板材沿宽度方向喷淋压力和流量的调节；

第三级冷却区c包含沿长度方向交错布置的水雾喷嘴组c6和淬火水喷嘴组c3，沿长度方向布置的水雾喷嘴输送支管道c5和淬火水喷嘴输送支管道c2，以及布置于宽度方向的水雾喷嘴输送母管道c4和淬火水喷嘴输送母管道c1；

第四级冷却区d包含淬火水喷嘴d3、沿长度方向布置的淬火水喷嘴输送支管道d2以及布置于宽度方向的淬火水喷嘴输送母管道d1；

空冷烘干区e包括人字形排布的风刀e2和提供冷却风的风箱e1。

所述风雾喷刀装置a1的喷射角度α1的取值范围为0°～35°。

所述的第一级冷却区a中的淬火水喷嘴采用扇形喷嘴，喷射角度α2的取值范围为0°～35°。

所述的第二级冷却区b中的布置于板材上表面上方的水雾喷嘴输送母管道c4和淬火水喷嘴输送母管道c1具有上下移动的功能，水雾喷嘴输送支管道b2和淬火水喷嘴输送支管道b4具有旋转功能。

旋转角度α4范围为±0°～20°；优选地，旋转角度α4范围：±0°～10°。

第二级冷却区b中的水雾喷嘴组b3和淬火水喷嘴组b5的喷射角度α3取值范围为0°～35°，水雾喷嘴组b3采用实心锥喷嘴，淬火水喷嘴组b5采用扇形喷嘴。

第三级冷却区c中的位于板材表面上方的水雾喷嘴组c5和淬火水喷嘴组c3具有上下移动调节喷淋高度的功能。

水雾喷嘴组c5和淬火水喷嘴组c3的喷射角度α5取值范围0°～35°，水雾喷嘴组c5采用实心锥喷嘴，淬火水喷嘴组c3采用扇形喷嘴。

优选地，位于板材上表面上方的水雾喷嘴组c5的喷射角度α5为0°。

第四级冷却区d中的淬火水喷嘴d3采用实心锥喷嘴，喷射角度α6取值范围为0°～35°。

优选地，位于板材上表面上方的淬火水喷嘴d3的喷射角度α6为0°。

空冷烘干区e中的风刀e2喷射角度α7的取值范围为0°～35°，风刀e2夹角α8取值范围为90°～180°。

另一方面，本发明提供一种铝合金中厚板多级淬火冷却喷淋系统的实施方法，所述的实施方法包含以下步骤：

步骤一、铝合金中厚板进行淬火工艺前，根据铝合金中厚板材多析出反应淬火固溶速率制定的多级淬火工艺，依次设定第一级冷却区a至第四级冷却区d冷却介质输送母管道的流量和空冷烘干区的新风流量；

步骤二、根据板材厚度调整第二级冷却区b和第三级冷却区d板材上表面之上的喷嘴组高度；依据板材宽度方向上排布数量，调整第二级冷却区b喷嘴组沿宽度方向的喷射角度α4；依据板材形变控制工艺，设定第二级冷却区b输送母管道组的流量；

步骤三、参数设置完毕后，所述多级淬火冷却喷淋系统至稳定运行；

步骤四、板材固溶保温完毕后在辊道的拖动下以固定前行速度由加热区进入淬火区，依次经过：

第一级冷却区a喷淋冷却，保证工艺冷却速率的同时避免冷却速率过大带来的大芯表温差，产生大残余应力；第二级冷却区b喷淋冷却，板材芯表快速冷却至工艺要求温度，同时达到板形控制效果；第三级冷却区喷淋冷却，使板材芯部冷却至工艺要求温度；第四级冷却区d喷淋冷却，板材芯表温度最终冷却至工艺要求温度；空冷区e：将板材表面残留淬火水排出并烘干板材表面；

步骤五、板材移出淬火区，完成板材多级淬火工艺，所述多级淬火冷却喷淋系统停止运行。

本发明的有益效果是：

本发明主要提供一种应用于铝合金中厚板的多级淬火喷淋系统和实施方法，风淬、雾淬和水淬的协同组合淬火方式提供了更宽泛的淬火速率控制范围和调控手段；多级冷却区提供了多级喷淋冷却段，满足铝合金中厚板的多级淬火工艺需求的同时有效控制冷却速率过大产生的残余应力；宽度方向上喷淋压力、流量的精细化控制，有效的控制板材在快速冷却过程产生的形变；宽度方向上喷淋角度的调节，有效解决板材在快速冷却过程中因板面积水造成局部冷却速率不均匀产生的热形变问题。合理的空冷烘干区风刀布置，起到有效的板面排水烘干作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明应用于铝合金中厚板的多级淬火喷淋系统示意图；

图2为图1中第二级冷却区喷淋系统中A-A剖视图；

图3为图1中空冷烘干区风刀布置B向视图；

其中，1-淬火冷却喷淋系统、2-铝合金中厚板、3-辊道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。

在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。

如图1、图2、图3所示，一种应用于铝合金中厚板的多级淬火喷淋系统，包括：淬火区1、第一级冷却区a、第二级冷却区b、第三级冷却区c、第四级冷却区d和空冷烘干区e。

第一级冷却区a由风雾喷刀装置a1、淬火水喷嘴组a3和淬火水输送管道a2组成，分别以固定距离布置于板材上表面上方和下表面下方的辊道间。风雾喷刀装置a1：风输送管道a1-1包覆于水雾输送管道a1-2之外，风刀a1-3包覆于水雾喷刀a1-4之外，根据冷却速率要求协同喷射冷却板材。其中水雾喷刀装置a1喷射角度α1为25°，淬火水喷嘴组a3采用扇形喷嘴，喷射角度α2为35°。

第二级冷却区b水雾喷嘴输送母管道b1和淬火水喷嘴输送母管道b6沿宽度方向分组布置于板材上表面上方和板材下表面下方的辊道间的第二级冷却区b的两端，中间分别通过水雾喷嘴输送支管道b2和淬火水喷嘴输送支管道b4连接，其中板材上表面上方的水雾喷嘴输送支管道b2和淬火水喷嘴输送支管道b4具有旋转功能，可旋转角度α4为±0°～15°。水雾喷嘴组b3和淬火水喷嘴组b5分别交错布置固定于水雾喷嘴输送支管道b2和淬火水喷嘴输送支管道b4上，布置角度α3为17°。水雾喷嘴采用实心锥喷嘴，淬火水喷嘴采用扇形喷嘴。

第三级冷却区c由水雾喷嘴组c6、淬火水喷嘴组c3、水雾喷嘴输送支管道c5、水雾喷嘴输送支管c4道、淬火水喷嘴输送支管道c2、淬火水喷嘴输送母管道c1组成，分别布置于板材上表面上方和以固定高度布置于下表面下方的辊道间。板材下表面下方的水雾喷嘴组c6和淬火水喷嘴组c3交错布置，固定角度α5为17°；板材上表面上方的水雾喷嘴组c6的固定角度α5为0°交错布置淬火水喷嘴组的固定角度α5为17°。水雾喷嘴采用实心锥喷嘴，淬火水喷嘴采用扇形喷嘴。

第四级冷却区d由淬火水喷嘴组d3、淬火水输送支管道d2、淬火水输送母管d1道组成，分别以固定高度布置于板材上表面上方和下表面下方的辊道间。板材表面上方的淬火水喷嘴组d3固定角度α6为0°，板材表面下方的淬火水喷嘴组d3固定角度α6为17°。淬火水喷嘴采用实心锥喷嘴。

空冷烘干区由风刀e2、风箱e1组成，分别以固定高度布置于板材上表面上方和下表面下方的辊道间。风刀e2以固定角度α7＝25°安装于风箱e1上，风刀e2沿宽度方向以固定夹角α8＝135°人字形排布。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种铝合金中厚板多级淬火冷却喷淋系统，其特征在于：所述的铝合金中厚板多级淬火冷却喷淋系统包含：依次布置的第一级冷却区（a）、第二级冷却区（b）、第三级冷却区（c）、第四级冷却区（d）和空冷烘干区（e）；每一级冷却区均包含有位于板材（2）上表面上方布置的喷嘴组和管道；还包含有位于板材（2）下表面下方的辊道（3）之间以固定高度布置的喷嘴组和管道；

第一级冷却区（a）包含风雾喷刀装置（a1）、淬火水输送管道（a2）和淬火水喷嘴组（a3）；所述的风雾喷刀装置（a1）包含包覆于水雾输送管道（a1-2）之外的风输送管道（a1-1），包覆于水雾喷刀（a1-4）之外的风刀（a1-3）；冷却风和水雾分别经风输送管道（a1-1）和水雾输送管道（a1-2）送至风刀（a1-3）和水雾喷刀（a1-4）后，以固定喷射角度α1喷射至板材表面；淬火水经淬火水输送管道（a2）送至淬火水喷嘴组（a3），以固定角度α2喷射至板材表面；

第二级冷却区（b）包含沿长度方向交错布置的水雾喷嘴组（b3）和淬火水喷嘴组（b5），沿宽度方向布置且位于板材上表面上方的水雾喷嘴输送支管道（b2）和淬火水喷嘴输送支管道（b4），布置于第二级冷却区（b）两端并沿宽度方向分成若干组的水雾喷嘴输送母管道（b1）和淬火水喷嘴输送母管道（b6）；

第三级冷却区（c）包含沿长度方向交错布置的水雾喷嘴组（c6）和淬火水喷嘴组（c3），沿长度方向布置的水雾喷嘴输送支管道（c5）和淬火水喷嘴输送支管道（c2），以及布置于宽度方向的水雾喷嘴输送母管道（c4）和淬火水喷嘴输送母管道（c1）；

第四级冷却区（d）包含淬火水喷嘴（d3）、沿长度方向布置的淬火水喷嘴输送支管道（d2）以及布置于宽度方向的淬火水喷嘴输送母管道（d1）；

空冷烘干区（e）包括人字形排布的风刀（e2）和提供冷却风的风箱（e1）；

所述风雾喷刀装置（a1）的喷射角度α1的取值范围为0°~35°；

所述的第一级冷却区（a）中的淬火水喷嘴采用扇形喷嘴，喷射角度α2的取值范围为0°~35°；

所述的第二级冷却区（b）中的布置于板材上表面上方的水雾喷嘴输送母管道（c4）和淬火水喷嘴输送母管道（c1）具有上下移动的功能，水雾喷嘴输送支管道（b2）和淬火水喷嘴输送支管道（b4）具有旋转功能；

所述第二级冷却区（b）中的水雾喷嘴组（b3）和淬火水喷嘴组（b5）的喷射角度α3取值范围为0°~35°，水雾喷嘴组（b3）采用实心锥喷嘴，淬火水喷嘴组（b5）采用扇形喷嘴；

所述第三级冷却区（c）中的位于板材上表面上方的水雾喷嘴组（c6）和淬火水喷嘴组（c3）具有上下移动调节喷淋高度的功能。

2.根据权利要求1所述的铝合金中厚板多级淬火冷却喷淋系统，其特征在于：所述水雾喷嘴组（c6）和淬火水喷嘴组（c3）的喷射角度α5取值范围0°~35°，水雾喷嘴组（c6）采用实心锥喷嘴，淬火水喷嘴组（c3）采用扇形喷嘴。

3.根据权利要求1所述的铝合金中厚板多级淬火冷却喷淋系统，其特征在于：所述第四级冷却区（d）中的淬火水喷嘴（d3）采用实心锥喷嘴，喷射角度α6取值范围为0°~35°。

4.根据权利要求1所述的铝合金中厚板多级淬火冷却喷淋系统，其特征在于：所述空冷烘干区（e）中的风刀（e2）喷射角度α7的取值范围为0°~35°，风刀（e2）夹角α8取值范围为90°~180°。

5.根据权利要求1所述的铝合金中厚板多级淬火冷却喷淋系统的实施方法，其特征在于：所述的实施方法包含以下步骤：

步骤一、铝合金中厚板进行淬火工艺前，根据铝合金中厚板材多析出反应淬火固溶速率制定的多级淬火工艺，依次设定第一级冷却区（a）至第四级冷却区（d）冷却介质输送母管道的流量和空冷烘干区的新风流量；

步骤二、根据板材厚度调整第二级冷却区（b）和第三级冷却区（c）板材上表面之上的喷嘴组高度；依据板材宽度方向上排布数量，调整第二级冷却区（b）喷嘴组沿宽度方向的喷射角度α4；依据板材形变控制工艺，设定第二级冷却区（b）输送母管道组的流量；

步骤三、参数设置完毕后，所述多级淬火冷却喷淋系统至稳定运行；

步骤四、板材固溶保温完毕后在辊道的拖动下以固定前行速度由加热区进入淬火区，依次经过：

第一级冷却区（a）喷淋冷却，工艺冷却速率的同时避免冷却速率过大带来的大芯表温差；第二级冷却区（b）喷淋冷却，板材芯表快速冷却至工艺要求温度，同时达到板形控制效果；第三级冷却区喷淋冷却，使板材芯部冷却至工艺要求温度；第四级冷却区（d）喷淋冷却，板材芯表温度最终冷却至工艺要求温度；空冷烘干区（e）：将板材表面残留淬火水排出并烘干板材表面；

步骤五、板材移出淬火区，完成板材多级淬火工艺，所述多级淬火冷却喷淋系统停止运行。

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