近年來，隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對高精度、高表面質(zhì)量、高機械性能的鋁型材，特別是一些形狀復(fù)雜的型材和大截面空心型材的需求量越來越大。淬火處理是鋁型材加工過程中重要的工序，傳統(tǒng)的鋁型材淬火工藝是采用離線淬火爐來實現(xiàn)淬火處理，這種工藝有能耗高及生產(chǎn)周期長等缺點。而在線淬火技術(shù)，即擠壓后直接淬火冷卻，其充分利用了擠壓產(chǎn)生的余熱，有降低能耗、縮短工藝流程及提高生產(chǎn)效率等優(yōu)點。實現(xiàn)在線淬火，已成為許多工程技術(shù)人員研究的重要課題。

　　一、鋁合金在線淬火的基本原理

　　擠壓鋁合金大多數(shù)是可熱處理強化鋁合金，這些合金在擠壓后經(jīng)過固溶熱處理和時效，便可提高強度，獲得需要的組織性能與力學(xué)強度。

　　可熱處理強化鋁合金的顯著特點就是其合金元素在固態(tài)鋁中的溶解度隨溫度升高而大大增加。固溶熱處理通常包括兩個步驟，即固溶處理和冷卻。第一步就是在固溶度線溫度以上將材料進行熱處理形成固溶體。以Al-Mg-Si系合金為例，實驗證明，Al-Mg-Si合金應(yīng)在高于500攝氏度進行熱處理，使Mg2Si化合物完全溶于固態(tài)鋁中。為了實現(xiàn)完整的固溶熱處理過程，必須使高溫下處于固溶狀態(tài)的合金材料足夠快的冷卻到室溫，以防止Mg2Si強化相的析出，使得合金元素Mg和Si保留在過飽和固溶體中。

　　二、實現(xiàn)擠壓在線淬火的條件

　　首先是制品流出?？浊暗臏囟缺仨氝_到該合金的固溶熱處理的溫度范圍，且制品從開始流出?？椎街破窋D壓結(jié)束時的溫度變化不大，均在固溶溫度范圍內(nèi)。其次制品從?？琢鞒龅竭M入淬火水槽的時間基本不超過該合金的淬火轉(zhuǎn)移時間，且對材料的性能影響不大。第三從水槽經(jīng)過的時間足以使制品冷卻到規(guī)定的溫度。

　　三、鋁型材擠壓在線淬火的現(xiàn)狀

　　當(dāng)前，我國鋁型材生產(chǎn)企業(yè)在熱處理方面的研究絕大部分停留在借用和摸索的階段，很多企業(yè)在生產(chǎn)鋁合金擠壓型材時，通常是采用在線風(fēng)冷式淬火．對于淬火敏感性低、壁厚均勻、結(jié)構(gòu)簡單的6063系和6060系合金材料，采用風(fēng)冷式淬火基本上能滿足生產(chǎn)的需求，而對于淬火敏感性高、壁較厚、非對稱復(fù)雜斷面的型材，采用簡單的風(fēng)冷式淬火，往往造成淬火不充分及出現(xiàn)淬火后變形等問題．由于冷卻只能采用單一的冷卻方式，材料的力學(xué)性能往往只是滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求中的最低要求，其潛力得不到充分發(fā)揮。同時也無法根據(jù)材料的不同狀態(tài)，采用不同的冷卻強度來進行合理的在線淬火處理．雖然有時材料的力學(xué)性能達到了用戶的要求，但是材料的抗腐蝕等其它性能卻因淬火不充分而達不到要求。

　　因此，探索不同的冷卻方式，采用合理的淬火設(shè)備，以滿足不同合金的淬火對冷卻速度敏感性的要求和不同型材壁厚對冷卻速度的要求具有較高的實用價值和經(jīng)濟價值。

　　四、擠壓在線淬火裝置的應(yīng)用

　?。ㄒ唬D壓在線淬火影響因素

　　1、足夠?qū)挼睦鋮s速度范圍

　　2、型材截面的冷卻速度保持基本一致

　　3、能適應(yīng)不同型材截面寬高比的變化

　　（二）水槽浸水式冷卻裝置

　　此裝置其主要由水泵站和淬火水槽兩部分組成。淬火水槽由水槽、進水裝置和四臺鼓風(fēng)機組成，水槽采用鋼板焊接而成，靠近兩端300mm處分別設(shè)兩道裝石墨板的滑槽，在滑槽內(nèi)插入石墨板，石墨板上開鑿與制品斷面相似的型孔，兩道石墨板將水槽分隔成三間盒式箱體，中間為水淬槽，兩端為排水槽，當(dāng)啟動水淬裝置的水泵，冷卻水很快注滿水淬槽將制品完全浸沒，多余的水通過型孔與制品間隙或從石墨板上方溢流進入排水槽，這樣淬火冷卻水不斷補充進入水淬槽，淬火后的熱水又不斷排出進入排水槽，并通過回水管進入水箱，從而得到循環(huán)使用，為避免冷卻水通過運動的擠壓制品或溢流飛濺帶出淬火水槽，在擠壓制品于水槽進出口兩端上、下方各設(shè)兩臺鼓風(fēng)機，將水吹回到排水槽，以改善現(xiàn)場工作環(huán)境．對于大截面制品而言，采用水槽式水淬裝置，冷卻強度高，完全能夠滿足合金對冷卻強度的要求。

　　（三）水槽噴水/霧式冷卻裝置

    該設(shè)備可實現(xiàn)大規(guī)格、幾何形狀復(fù)雜的鋁型材擠壓在線淬火，噴水系統(tǒng)由上下兩部分組成，下部為積水箱，用于收集噴出的水，內(nèi)裝側(cè)噴水管及下噴水管，上部由油缸驅(qū)動可升降的罩式水蓋，水罩內(nèi)裝有噴水管，當(dāng)水蓋下降到位后與下部結(jié)合成一個封閉水洞．在噴水系統(tǒng)的擠壓型材出口處，裝有一臺渦流風(fēng)機，從頂部直吹型材，防止型材將水帶出。

　?。ㄋ模┽槍π筒慕孛嫦鄬^大、不對稱及不同壁厚的型材所采用的多區(qū)段、多冷卻強度控制的在線淬火裝置。

    此種在線淬火裝置的特點是可以實現(xiàn)風(fēng)冷、風(fēng)霧混合、霧冷、高壓噴水多重功能，并且可以分截面段、風(fēng)霧強弱控制，能提供較大的冷卻速度范圍，使用時可根據(jù)不同的合金、不同的型材截面來選擇合適的冷卻方式。如6063系合金型材可選擇風(fēng)冷，厚壁6061系合金型材可選擇高壓噴水，而薄壁的6061系合金型材則可選擇霧冷。

圖1 多路差異控制淬火裝置設(shè)計原理圖

　　如圖1所示，某鋁型材廠多路差異控制淬火裝置設(shè)計原理圖,此淬火裝置充分考慮了不同壁厚、大截面型材、多重冷卻源的淬火選擇等因素，可以根據(jù)擠壓型材的淬火工藝要求進行擇優(yōu)選擇。

　　但是，有時擠壓型材因截面復(fù)雜，在淬火冷卻時特別容易變形，以上冷卻方式并不能滿足要求。因此，分縱向區(qū)段分級冷卻也是一種較先進的冷卻方式選擇。如圖2所示。

　　各路風(fēng)口和噴頭在縱向上分若干段，每段都有獨立的控制閥來控制。換棒停止擠壓時，從冷床往擠壓機方向按順序分段關(guān)閉；換棒開始擠壓時，從擠壓機往冷床方向按順序分段開啟。這樣就可以使得型材縱向的冷卻時間基本一致，從而確保型材縱向的性能比較均勻，減少縱向的彎扭。

　　針對型材寬高比例變化過大，引起上下左右風(fēng)口或噴頭與型材表面之間距離變化過大，將上部的風(fēng)口和噴頭與左右的側(cè)風(fēng)口和側(cè)噴頭設(shè)計成分離的，并且相互間可以移動。這樣就可以根據(jù)型材的寬高比來調(diào)節(jié)風(fēng)口或噴頭與型材表面之間的距離，確保上下左右各路風(fēng)口和噴頭與型材各表面保持合適的距離和位置，提高冷 卻的精準(zhǔn)度和減少能耗的損失。

　　五、結(jié)束語

　　在線淬火可簡化生產(chǎn)工藝、縮短生產(chǎn)周期、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，具有重要的經(jīng)濟效益。研究表明，淬火方式對合金力學(xué)性能的影響至關(guān)重要，要使型材達到規(guī)定的力學(xué)性能，型材淬火時的冷卻速度必須確保過飽和固溶體被固定下來不分解，防止強化相析出，以免降低淬火時效后的力學(xué)性能。因此，探討不同在線淬火方式在大型復(fù)雜空心、實心型材、壁厚不均勻、非對稱復(fù)雜型材等的應(yīng)用，對鋁型材生產(chǎn)企業(yè)具有積極的指導(dǎo)意義。
           隨著鋁型材產(chǎn)品結(jié)構(gòu)朝著截面大、復(fù)雜、壁厚不均勻等方向轉(zhuǎn)移，現(xiàn)有的在線淬火設(shè)備無法滿足復(fù)雜斷面型材在線淬火的工藝需求．因此，吸收和消化國外先進的在線淬火技術(shù)及裝備、自主研發(fā)多區(qū)段智能控制的在線淬火冷卻設(shè)備、大幅度提高擠壓鋁型材的綜合性能和快速擠壓型材的精度以及生產(chǎn)效率，成為鋁型材企業(yè)的重要任務(wù)，也是研究擠壓在線淬火系統(tǒng)的方向。