铝合金厚板的淬火与拉伸技术.docx

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铝合金厚板的淬火与拉伸技术

铝合金厚板的淬火与拉伸技术

铝合金厚板的轧制工艺为热轧状态下轧制，变形率为60%-80%内部组织为热轧变形组织；而薄板为冷变形组织，变形率在98%以上，二者有很大的不同。

如图1-1所示，厚板淬火-拉伸的工艺流程可归纳为：

由热轧机提供知足拉伸工艺要求的拉伸板坯料，板材通过盐浴炉或空气炉固溶处置后，在冷却水中进行

热轧板材

淬火处理

拉伸矫直

时效处理

据切成品

辊式矫直

图1-1

淬火处置；淬火后的板材，在室温下规定的时间内，沿纵向在拉伸机上进行%-3%的拉伸永久性塑性变形，以消除淬火后板材内部的残余应力；对于淬火变形较大的板材，应预先进行辊式矫直处置，以改善拉伸板的平直度；拉伸后的板材即可进行时效强化处置。

1、铝合金板材的淬火

、铝合金厚板的淬火工艺进程及生产方式

A、盐浴炉加热方式淬火的特点

盐浴炉淬火流程如下图

硝盐炉加热

冷水淬

硝酸蚀洗

冷水清洗

盐浴炉的特点是：

设备结构简单,制造及生产本钱低，易于温度控制；但安全性差，耗电量大，不易清理，常年处于高温状态，调温周期长。

利用盐浴炉热处置具有加热速度快，温差小，温度准确等长处，充分知足了工艺对加热速度和温度精度的要求，对板材的力学性能提供了保证。

缺点是：

转移时间很难由人工准确的控制在理想范围内，有不肯定的因素；在水中淬火时，完全靠板材与冷却水之间的热互换而自然冷却，形成了不均匀的冷却进程，使得淬火后的板材内部应力散布很不均匀；板材变形较大，在随后的精整进程中易造成表面擦、划伤等缺点，而且无益于板材的矫平；盐浴加热时，板面与熔盐直接接触，板面形成较厚的氧化膜，在淬火后的蚀洗进程中很容易形成氧化色（俗称花脸）影响表面的一致性。

B、空气加热炉方式淬火的特点

空气炉淬火流程如下图

空气加热炉

高压冷水

低压冷水

空气炉特点：

设备结构复杂，制造本钱高，但安全性好，耗电量少，生产灵活，可随时按照生产要求调整温度。

与盐浴炉相较，空气炉热处置一样具有温度准确、均匀性好、温差小等长处，同时转移时间也能规范控制，由于采用了高压喷水冷却，不仅改善了不均匀的淬火冷却状态和应力散布方式，而且使板材的平直度和表面质量均大幅度提高，简化了工艺，易于实现进程自动化控制降低劳动强度和手工控制的不便。

缺点是相对盐浴炉而言加热进程升温时间相对较长，生产效率有所降低。

空气炉的加热方式分为辊底式空气炉和悬挂式空气加热炉。

目前国际上，最为先进的淬火加热炉为辊底式空气淬火加热炉。

用这种热处置炉生产铝合金淬火板，工艺进程简单、板材单片加热及单片冷却，可被均匀快速加热，冷却强度大，均与性好，使得淬火板材具有优良的综合性能。

2、淬火工艺参数

A、固溶处置的加热温度

几种典型的铝合金厚板固溶处置温度见下表

铝合金牌号

加热温度/℃

铝合金牌号

加热温度/℃

20242A12

496-500

7075

465-475

2017

498-505

7475

475-485

20142A14

498-505

7050

475-485

2618

525-535

7022

460-480

2219

530-540

7020

460-500

2124

496-500

7A04

468-472

60616082

520-530

7A09

468-472

B、固溶处置的保温时间

盐浴炉淬火和空气炉淬火的推荐固溶处置保温时间见下表

典型铝合金厚板（盐浴炉加热）固溶处置保温时间

板材厚度/mm

保温时间/min

50-60

60-70

70-80

80-90

90-100

板材厚度/mm

106-120

保温时间/min

100-110

110-120

130-150

170-180

190-210

典型铝合金厚板（空气炉加热）固溶处置保温时间

板材厚度/mm

保温时间/min

60-70

90-100

120-130

150-160

180-190

210-220

240-250

270-280

C、淬火冷却速度

冷却速度对可热处置强化铝合金材料的力学性能和抗侵蚀性能有显著的影响，而淬火介质的温度及其流动性等有直接影响着冷却速度。

通常常利用的最多、最有效和最经济的介质是水。

水的沸点比板材的加热温度地很多，在淬火时很容易使板材周围的液体气化形成一层蒸汽膜覆盖板材表面，使板材与冷水隔开，降低了冷却速度，为此，应增强水的流动和搅拌，或采用高压喷水冷却，以改善冷却条件。

通常控制水温在40℃以下。

为了避免淬火进程中水温升高幅度过大，影响冷却速度，应保证足量的淬火用水，尤其是对厚度较大的板材，还应注意淬火后可能会出现再被加热而致使其性能损失的问题。

另外，对于某些特殊材料，也可以通过适本地提高水温的方式，降低冷却速度，以减少板材淬火裂纹的发生。

D、淬火转移时间

板材从热处置炉转移到淬火介质中的时间与淬火效果有直接的关系，转移时间的影响与降低平均冷却速度的影响相似，对材料的侵蚀性能和断裂韧性影响较大，尤其对淬火敏感性强的合金，更应严格控制淬火转移时间，厚板一般控制在25s之内，转移时间越短，材料的综合性能越好。

3、铝合金厚板的拉伸

在淬火进程中，由于板材表面层和中心层存在温度梯度，产生了较大的内部残余应力，在进行机械加工时，会引发加工变形。

铝合金板材进行拉伸处置的目的就是：

通过纵向永久性塑性变形，成立新的内部应力平衡系统，最大限度的消除板材淬火的残余应力，z增加尺寸稳定性，改善加工性能。

其方式是在淬火后的时效处置前的规按时间内，对板材纵向进行规范的拉伸处置，永久变形量约为%-3%，经此进程生产的板材称之为铝合金拉伸板。

、板材拉伸的工作进程

在拉伸机上，将淬火后的板材的两头放入钳口咬合区（理论上称之为“刚端”或称“不变形区”）;夹持牢固后加载将挠度拉直，随后即进入板材的拉伸塑性变形阶段，达到设定的拉伸量后即可卸载结束拉伸进程。

按照应力-应变曲线可知，塑性变形包括着必然的弹性变形，因此必需考虑到拉伸进程中的弹性变形（拉伸回弹量）对不同合金，不同规格的板材预先给定的拉伸量都有所不同，在自动化程度低的拉伸机上主要靠经验操作来设定。

另外，拉伸速度是保证板材各个部位得以均匀变形的重要因素之一。

板材两头各个钳口咬合夹持的均匀程度也直接影响到均匀变形和最终应力消除的效果。

、厚板在热轧和淬火状态下的应力散布规律

轧制进程中轧件表面层和内层金属的变形，可以发现，当轧件进入轧辊周围时，由于与轧辊接触的表面层金属在外摩擦力作用下，流动速度比内层速度快些，而由于刚断的作用，在表层金属产生的拉应力，内层金属产生的压应力。

在离出轧辊的断面周围，由于金属的平均速度大于轧辊圆周速度的水平投影，因此在接触弧这一段上，轧辊对金属流动起着阻碍作用，这样一定造成金属表面层速度掉队内层流动速度。

一样由于刚断作用，仍将使表层金属产生拉应力，内层金属产生压应力，理论和实践证明，通过轧制以后的板材沿厚度在轧制方向上，表层金属参与有拉应力，内层金属残余油压应力。

淬火全进程的应力情况，板材被加热发生再结晶，轧制进程中所形成的残余内应力得以消除。

将加热后的板材快速放入冷水槽中，此时由于板材的表面层冷却比内层金属块，淬火初期表层金属剧冷，急剧收缩，基于板材的整体性，表层金属产生拉应力，内层金属产生压应力随着板材的进一步冷却，最终是内层金属剧冷，急剧收缩，使应力从头分派，最后致使表面金属残余有压应力，内层金属残余有拉应力，与其轧制进程残余的内应力散布规律正好相反。

、均与变形时拉伸应力散布

拉伸均匀变形的条件：

钳口咬入部份为均匀咬合，夹持状态完全一致，而且比较牢固，形成理想刚断。

在钳口咬合的刚断周围区域和距宽度双侧边周围区域内，存着不均匀变形，其他区域为均匀变形，（应力消除区）在生产进程中如将此不均匀变形作为成品提交给用户，则在随后的机械加工中将可能发生变形，影响最终利用，因此在成品锯切时，必将此区域作为几何废料切掉。

、非均匀变形时拉伸的应力分析

拉伸非均匀变形的假定条件：

假设钳口中的一组钳口松开，其他各组为均匀牢固夹持。

计算结果表明，岂不均匀变形区域可能延伸至刚断1米的范围内，应力值也明现增大，因此，钳口咬合夹持的质量对于板材拉伸后残余应力的散布有很重要的影响，生产中必需严格控制。

4、拉伸板坯料的尺寸的肯定

拉伸板坯料的肯定原则为：

坯料尺寸=成品尺寸+几何废料，几何废料包括板材两头钳口咬合区、咬合区周围和双侧边的不均匀变形区域。

按照生产实践、理论分析与实际测试结果，一般将板材长度两头各预留400mm，即钳口夹持区域为200-250mm，不均匀变形区约为150-200mm作为几何废料；宽度两边各预留30-50mm作为几何废料。

5、生产中拉伸板的质量控制

、拉伸板的距离时间

淬火后至拉张开始的距离时间是拉伸板材生产工艺的参数之一，对自然时效偏向大的铝合金板材淬火后时效强化的速度很快，其结果会大大增加拉伸作业的难度经验证明，他同时对残余应力的消除也有必然的影响。

实际生产中距离时间一般控制在2-4h之内。

对自然时效偏向不敏感的距离时间控制可适当延长。

、拉伸板平直度的质量标准

拉伸板平直度的国际标准

标准名称

厚度/mm

长度方向平直度（不大于）/mm

宽度方向平直度（不大于）/mm

美国ASTMB209-1995

≤

5/2000长度以内

4/1000-1500宽度以内

80-≤160

2000长度以内

3/1000-1500宽度以内

欧共体EN485-3-1994

≤50

成品长度×%

成品宽度×%

50-≤100

成品长度×%

成品宽度×%

中国Q/Q141-1996

2/2000长度以内

4/1000宽度以内

、拉伸板平直度的影响因素

拉伸板平直度的影响因素主要有：

A、钳口夹持质量。

夹持质量对拉伸质量起着决定性作用，钳口的均匀夹持，使板材纵向每一个单元都被拉伸到等量的长度从而实现了均匀拉伸，也起到了对板材的矫直作用。

B、拉伸机机架的刚度与预变性补偿。

由于板材拉伸机的两个拉力缸等量安置在双侧，对于横截面越大的板材，在拉伸进程中机架产生的变形将越大。

因此，拉伸机架应维持较大的刚度，设计与制造中应考虑机架预变性补偿，以克服和补偿拉伸进程中机架产生的变形。

C、拉伸前板材尺寸的不规则性和应力散布的不均匀性，拉伸进程中有效地控制平稳的速度，使各个变形单元得以充分均匀的变形，是知足均匀拉伸的重要条件之一。

D、实践证明，长度相对小一些，宽度相对大一些的板材，其横向战平效果要好得多。

生产中应选择宽、长比大一些的工艺方案。

E、对淬火后变形较大的板材，应利用辊式矫直机进行初步矫平，而后在拉伸机上进行最终的精矫平。

F、由于拉伸机的主要作用是消除板材的残余应力，以纵向小变形量的塑性变形进程为主，因此对纵向有较好的矫直作用，对横向平直度的改善能力超级有限。

、拉伸板的缺点及产生原因

A、拉伸量超标。

按照不同合金、不同规格板材的拉伸回弹量特性，设定适合的预拉伸量。

对强度高、合金化程度高的板材，拉伸后（4天左右）约有千分之一的自然回弹量，生产中必需加以考虑。

按照我国4500拉伸机连年来的生产经验，总结出拉伸设定量的经验计算公式为：

拉伸设定量=KC（拉伸坯料实际长度-钳口长度/1000+厚度×宽度/25×1000）%

式中K---材料的弹性系数，一般为；

C---淬火拉伸距离时间系数，一般为。

采用上述公式得出的拉伸设定量，大体上可以知足拉伸工艺要求的%-3%的永久变形量。

B、应力消除不妥。

一般是由于各个钳口夹持不均匀；拉伸前板料区部波浪较大，有限的拉伸量不足以消除改区域的残余应力；拉伸速度不平稳，产生新的不均匀应力散布；锯切工序对拉伸板的两头头和双侧边切除的尺寸过小。

因此维持良好的热轧板型、规范的拉伸进程和正确选择锯切尺寸是取得良好拉伸结果的重要条件。

C、拉伸进程断片。

一般是熔体质量不好，内部夹杂、疏松严重等致使拉伸断片；热轧道次加工率分派不合理，使其厚板的表面层和心部变形不均匀，致使心部残留严重的铸态过度夹层，从而引发拉伸断片；热轧板边部缺点（开裂、裂纹和夹杂等）尤其能引发拉伸断片。

D、拉伸滑移线。

拉伸滑移线一般是由于拉伸量过大；拉伸前整平工序的压光量过大（指压光矫直的加工方式）；淬火—拉伸—淬火—拉伸的多次重复活产等产生。

一、压光板片时，一般通过3-5道次。

每道次的绝对压下量≤.相对压下量不超过%，总压下量不超过%并保证板片厚度在允许误差之内。

淬火后的板片应在30-40分钟内压光完毕。

压光棍的弧度为（最佳）

压光机的主要技术性能：

最大轧制力1000t轧辊尺寸：

￠900/￠860×2800mm

2、轧制速度：

多辊矫直

采用多辊矫直机矫直板片的进程，是板片通过反复弯曲的作用，使板片产生一种弯曲塑性变形，减少板片残余变形和残余应力，消除板片的波浪和不平度。

矫直板片的厚度越薄采用的辊数越多。

多辊矫直机矫直板片的规格如下：

3、17辊粗平机辊精平机辊精平机辊精平机拉伸矫直（张力矫直）

当板片残余应力特别严重，在辊式矫直机上不能使板片的波浪完全消除时，可采用拉伸矫直。

我厂铝合金板片拉伸矫直是在400吨拉伸机上进行。

其矫直板片规格为或（中厚板），每张板片的钳口夹持量为300mm。

淬火后的板片必需在30-60分钟内拉伸完。

板片的拉伸量一般不大于%。

4、精整机列主要分硬片和软片机列两种：

（1）、硬片机列：

用以精整通过淬火和时效的板片。

此机列主要设备有：

17辊初平机、17辊、23辊和29辊辊式矫直机、二重压光机、400吨张力矫直机、双列剪、检查台，涂印机等。

（2）、软片机列：

用以精整通过退火或冷作硬化的板片。

此机列主要设备有：

双列剪、17辊和23辊矫直机、检查台、涂印机等。

五、检查

对板材的表面质量及外观尺寸，在生产现场用肉眼和测量工具进行检查；对板材的化学成份、机械性能、晶粒度、高倍组织、深冲值等在实验室进行查验测试。