近年來，隨著國民經濟的飛速發展，對高精度、高表面質量、高機械性能（詞條“機械性能”由行業大百科提供）的鋁型材，特別是一些形狀復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，傳統的鋁型材淬火工藝是采用離線淬火爐來實現淬火處理，這種工藝有能耗高及生產周期長等缺點。而在線淬火技術，即擠壓后直接淬火冷卻，其充分利用了擠壓產生的余熱，有降低能耗、縮短工藝流程及提高生產效率等優點。實現在線淬火，已成為許多工程技術人員研究的重要課題。

　　一、鋁合金在線淬火的基本原理

　　擠壓鋁合金大多數是可熱處理強化鋁合金，這些合金在擠壓后經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合金應在高于500攝氏度進行熱處理，使Mg2Si化合物完全溶于固態鋁中。為了實現完整的固溶熱處理過程，必須使高溫下處于固溶狀態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、實現擠壓在線淬火的條件

　　首先是制品流出模孔前的溫度必須達到該合金的固溶熱處理的溫度范圍，且制品從開始流出模孔到制品擠壓結束時的溫度變化不大，均在固溶溫度范圍內。其次制品從模孔流出到進入淬火水槽的時間基本不超過該合金的淬火轉移時間，且對材料的性能影響不大。第三從水槽經過的時間足以使制品冷卻到規定的溫度。

　　三、鋁型材擠壓在線淬火的現狀

　　當前，我國鋁型材生產企業在熱處理方面的研究絕大部分停留在借用和摸索的階段，很多企業在生產鋁合金擠壓型材時，通常是采用在線風冷式淬火.對于淬火敏感性低、壁厚均勻、結構簡單的6063系和6060系合金材料，采用風冷式淬火基本上能滿足生產的需求，而對于淬火敏感性高、壁較厚、非對稱復雜斷面的型材，采用簡單的風冷式淬火，往往造成淬火不充分及出現淬火后變形（詞條“變形”由行業大百科提供）等問題.由于冷卻只能采用單一的冷卻方式，材料的力學性能往往只是滿足國家標準要求中的最低要求，其潛力得不到充分發揮。同時也無法根據材料的不同狀態，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濟價值。

　　四、擠壓在線淬火裝置的應用

　　(一)擠壓在線淬火影響因素

　　1、足夠寬的冷卻速度范圍

　　2、型材截面的冷卻速度保持基本一致

　　3、能適應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機組成，水槽采用鋼板焊接而成，靠近兩端300mm處分別設兩道裝石墨板的滑槽，在滑槽內插入石墨板，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、下方各設兩臺鼓風機，將水吹回到排水槽，以改善現場工作環境.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

　　該設備可實現大規格、幾何形狀復雜的鋁型材擠壓在線淬火，噴水系統由上下兩部分組成，下部為積水箱，用于收集噴出的水，內裝側噴水管及下噴水管，上部由油缸驅動可升降的罩式水蓋，水罩內裝有噴水管，當水蓋下降到位后與下部結合成一個封閉水洞.在噴水系統的擠壓型材出口處，裝有一臺渦流（詞條“渦流”由行業大百科提供）風機，從頂部直吹型材，防止型材將水帶出。

　　(四)針對型材截面相對較大、不對稱及不同壁厚的型材所采用的多區段、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風冷、風霧混合、霧冷、高壓噴水多重功能，并且可以分截面段、風霧強弱控制，能提供較大的冷卻速度范圍，使用時可根據不同的合金、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。

　　如圖1所示，某鋁型材廠多路差異控制淬火裝置設計原理圖,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，可以根據擠壓型材的淬火工藝要求進行擇優選擇。

　　但是，有時擠壓型材因截面復雜，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，引起上下左右風口或噴頭與型材表面之間距離變化過大，將上部的風口和噴頭與左右的側風口和側噴頭設計成分離的，并且相互間可以移動。這樣就可以根據型材的寬高比來調節風口或噴頭與型材表面之間的距離，確保上下左右各路風口和噴頭與型材各表面保持合適的距離和位置，提高冷 卻的精準度和減少能耗的損失。

　　五、結束語

　　隨著鋁型材產品結構朝著截面大、復雜、壁厚不均勻等方向轉移，現有的在線淬火設備無法滿足復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及裝備、自主研發多區段智能控制的在線淬火冷卻設備、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效率，成為鋁型材企業的重要任務，也是研究擠壓在線淬火系統的方向。

　　參考文獻：

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　　[2]梁世斌.工業鋁合金擠壓制品的在線淬火[2006]

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