一種鋁型材快速退火裝置的製作方法

2023-07-18 12:50:16

本實用新型涉及鋁合金材料製造技術領域。

背景技術：

目前，現有的鋁型材退火，主要採用燃氣加熱爐的方式進行，其升溫速度慢，保溫時間長，工效低是致命的缺點。參考相關資料介紹，常規鋁合金退火工藝方法為箱式退火，其相關實用新型專利也多圍繞箱式爐進行，如專利公開號CN104087879A《一種鋁合金卷材的退火工藝》通過監控鋁合金卷材的溫度進行快速升溫，升溫速度為2℃/min～4℃/min，再如專利公開號CN103343193A《一種鋁合金導體退火爐》通過採用高通透型的線盤，提高熱效應，減少設備到溫的時間，但在退火工藝上還是傳統的保溫模式，升溫速度還是不夠快。

感應加熱技術作為一種先進的加熱技術,它具有傳統加熱方法所不具備的優點因而在國民經濟和社會生活中獲得了廣泛的應用。現有的感應退火裝置及工藝多應用於鋼材，由於鋼材和鋁的成分不同、組織結構不同、特性不同，尤其電阻值不同，不能直接將現有用於鋼材的感應退火裝置用於鋁材。如果將感應退火應用於鋁合金，將得到晶粒細小，熱處理後的力學性能更好的產品；而且鋁合金質量輕，對設備強度要求相對較低，應用的可能性較高，成功率也更高，具有更廣闊的前景。

技術實現要素：

為了克服現有技術的上述不足，本實用新型的目的在於提供一種鋁型材快速退火裝置，該鋁型材快速退火裝置能夠通過快速升溫，抑制Mn等顆粒的細化和離散分布，獲得更為細小的晶粒組織。

本實用新型實現上述目的的技術方案為：

一種鋁型材快速退火裝置，與電氣控制櫃電連接，包括感應加熱部分和機械傳動部分；其中，所述感應加熱部分包括感應箱、設置在所述感應箱內的感應圈銅管和與所述感應箱電連接的加熱電源，所述感應箱電連接所述電氣控制櫃；

所述機械傳動部分包括滑道、設置有滑塊的連接部和驅動滑塊運動的驅動裝置，所述連接部與感應箱固定連接，所述滑塊設置在滑道上，工作時由驅動裝置驅動帶動感應箱沿滑道滑動，所述驅動裝置與電氣控制櫃電連接；

還包括至少一個平行設置的貫穿所述感應箱的託盤，所述託盤用於放置需要退火處理的鋁型材工件。

所述滑道上設置有至少兩個限位器，其中兩個所述限位器分別固定在所述滑道的兩端。

所述加熱電源為中頻加熱電源。

所述滑道和/或所述託盤上設置有風冷裝置。

所述託盤為圓弧形結構託盤，所述樹脂託盤的中心線與所述感應圈銅管的中心線及工件的中心線重合。

所述感應加熱部分還包括用於冷卻加熱電源的帶有循環水泵的循環水箱，以及用於循環水過濾的過濾設備。

所述感應圈銅管內徑大於工件外徑5mm至10mm。

本實用新型與現有技術相比具有以下的有益效果：

退火狀態下晶粒小於30微米；加熱速度快，根據感應加熱原理，工件瞬間升溫到目標溫度，與箱式加熱相比，可節約60-90min；加熱時間短，加熱時間1-10s，與傳統保溫模式相比3-5H，極大節約加熱時間。設備穩定高效，選用固態中頻以電流源型並聯諧振電路形式，應用鎖相控制技術，具有輸出穩定、反應速度快和安全係數高的技術特點。

附圖說明

圖1是本實用新型的立體結構示意圖；

圖2是本實用新型的俯視圖；

圖3是感應箱內部結構示意圖；

圖4是採用慢速退火工藝的金相評級結果；

圖5是採用本實用新型工藝的金相評級結果。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。

實施例：

參照圖1，一種鋁型材快速退火裝置，與電氣控制櫃13電連接，包括感應加熱部分1和機械傳動部分2；其中，所述感應加熱部分1包括感應箱11、設置在所述感應箱11內的感應圈銅管110、與所述感應箱11電連接的加熱電源12和用於控制感應箱11工作的電氣控制櫃13；所述感應箱11通過集線履帶14電連接所述加熱電源12和所述電氣控制櫃13；所述機械傳動部分2包括滑道21、設置有滑塊的連接部25和驅動滑塊運動的驅動裝置23，所述連接部25與感應箱11固定連接，所述滑塊設置在滑道21上，工作時由驅動裝置23驅動帶動感應箱11沿滑道21滑動；還包括至少一個貫穿所述感應箱11的託盤22，當託盤22數量為兩個及以上時，任意兩個託盤22之間相互平行設置；所述託盤22用於放置需要退火處理的鋁型材工件。本鋁型材快速退火裝置包括的加熱部分1主要是提供熱源和能量，機械傳動部分2是提供傳輸動力。參照圖3，利用感應箱11內的感應圈銅管110的電磁感應來加熱工件，放置工件的託盤22起支撐作用，因而託盤22要貫穿設置在感應圈銅管110上，優選地，所述託盤22為圓弧形結構的樹脂託盤，所述樹脂託盤的中心線與所述感應圈銅管110的中心線重合。較優的實施方案，工件設置成圓柱形，與工件匹配的託盤22也設置成圓弧形。電氣控制櫃13通過電連接感應箱11、加熱電源12、集線履帶14以及驅動裝置23，實現控制整個鋁型材快速退火裝置的自動化。驅動裝置23在滑道21上往復運動同時帶動連接部25運動，連接部25的運動帶動感應箱11的運動，驅動裝置23可調節運動速度和距離，因此，可實現感應加熱的時間和被加熱的工件量。在運行方面採用耐高溫絕緣材料作為託盤22，實現感應圈運行模式，避免工件運行出現的中心擺動的問題，保證加溫的均勻性。感應圈銅管110內採用絕緣樹脂保護，避免工件與感應圈銅管110的接觸，出現短路危險。

參照圖2，所述滑道21上設置有至少兩個限位器24，在所述滑道21的兩端分別固定有所述限位器24。優選地，所述限位器24為兩個分別固定在所述滑道21兩端。在滑道21的兩端分別設置有限位器24，用於限位驅動裝置23的運動，保持驅動裝置23在滑道21內運動及限位距離。所述加熱電源12為中頻加熱電源。採用中頻加熱電源為常用的優選加熱源，能提供足夠的能量，加熱時間也適於所用工件。

優選地，所述滑道21和/或所述託盤22上設置有風冷裝置。在完成加熱之後的工件，利用風冷裝置快速降溫，保證了晶粒的顆粒度符合要求，晶體不易變形和生長。優選地，所用工件為圓柱空心結構，其剖面為圓環，此時較優的實施方式是工件壁厚小於10mm；優選實施方式，所述感應圈銅管110內徑大於工件外徑5mm至10mm。根據工件的尺寸大小而調整感應圈銅管110的直徑，當感應圈銅管110內徑大於工件外徑5mm至10mm時，工件的加熱速度快，得到的晶粒更細小而均勻。

所述感應加熱部分1還包括用於冷卻中頻加熱電源12的循環水箱15，以及用於循環水過濾的過濾設備16。為了保證裝置的正常運行，需要對加熱電源12進行降溫處理，設置的循環水箱15用於降溫加熱電源12，優選地，設置的過濾設備16對循環水箱15的水進行過濾，防止雜質或水垢的堆積而堵塞管道，同時，保證裝置的正常運行。冷卻方面採用循環蒸餾水冷卻，同時還配以過濾設備16，避免因水質問題，導致銅管堵塞，提高設備的加溫精度和延長設備使用壽命。

材料的塑性與晶粒大小成線性關係，晶粒越細小，材料的塑韌性更高，晶粒越粗大，其應力腐蝕就越高，發生斷裂的可能性就更高，塑韌性越差，使用壽命也越短。

晶粒大小與再結晶程度息息相關，再結晶發生主要受相變驅動力影響，即變形應力、相變溫度和元素的抑制作用。

Mn在鋁合金基體當中與基體合金鋁在均勻化處理時發生相變反應：Al+Mn→MnAl6。MnAl6相能阻止鋁合金的再結晶過程，提高再結晶溫度，使合金再結晶困難，需要長時間保溫才能使得晶粒細化，讓退火工藝時間過長。

本實用新型為快速退火工藝，對於鋁合金退火工藝，關鍵就是回復與再結晶，回復就是相的重新析出與分布，因為慢速加熱在回復過程中，會促使Mn等抑制再結晶顆粒進行離散分布，阻礙晶粒的再結晶程度，容易粗化。

本工藝採用中頻感應加熱，讓鋁材通過交變電流的磁場作用，瞬間達到相變溫度，有效抑制了Mn等顆粒的細化和離散分布，工藝流程概要如下：

上料→對中固定→設定參數→滑道21運行→感應加熱開始→滑道21停止→感應加熱停止→卸料風冷。

一種鋁型材快速退火工藝，使用以上所述的鋁型材快速退火裝置，其具體操作步驟為：

步驟一、啟動電氣控制櫃13，啟動循環水箱15內的循環水泵，空車運行並檢查無漏水情況；

步驟二、將工件放置於託盤22上兩端定位，防止工件滾動，調整和校對工件與感應圈中心位置後固定；

步驟三、啟動電氣控制櫃13，感應箱11在滑道21上勻速通過，並對工件進行加熱；

步驟四、所述感應箱11運動到限位器24處停止加熱。

步驟五、對工件進行風冷。

步驟三中，對工件進行加熱是指：所述加熱電源12的頻率設定在20-50KHz、所述感應箱11通過時工件表面溫度為350℃至550℃，即感應箱11通過工件表面任一點時該點的瞬時溫度為350℃至550℃；在此參數條件下，要求所述感應箱11通過單個工件的時間為1s至15s。當感應箱11通過工件時，工件被瞬時加熱，其瞬時加熱速度為350℃/s至550℃/s。優選地，所述感應箱11通過時工件表面的瞬時溫度為430℃，此時，所述感應箱11通過單個工件的時間為1s至10s，具體通過工件的時間的長短可以根據調節驅動裝置23的速度來實現。當感應箱11遠離被加熱的工件時，工件可自然冷卻或採用風冷快速冷卻，保證了工件組織的晶粒細小，晶粒不易繼續長大。

本工藝通過感應加熱的渦流效應，使工件瞬間產生交變電流，達到快速升溫和冷卻的目的，保留工件組織的位錯能，讓晶粒來不及長大，提高再結晶的效果，獲得更細的晶粒組織，提高材料韌性，選用中頻設備可以有效地提高鋁材的加熱深度，保證加熱的均勻性。

後續加熱完成後，還可以配以自動化包裝設備，實現生產和包裝同步完成，優化生產流程，降低人工成本，提高生產效率。

參照圖4，慢速退火的實施情況，採用牌號為3003的鋁型材，符合國家標準GBT3190-1996《變形鋁及鋁合金化學成分》Si≤0.60％，Fe≤0.70％，Cu≤0.05-0.20％，Mn≤1.00-1.50％，Zn≤0.10％的要求，擠壓狀態T5。

慢速退火：採用井式爐慢速退火工藝，升溫速度10℃/min，在430±5℃保溫15min後，出爐空冷。

檢測：根據國家標準GBT3246.1-2012《變形鋁及鋁合金製品顯微組織檢驗方法，第1部分顯微組織檢驗方法》選用浸蝕劑6號，腐蝕時間5-10s，通過OLYMPUS-GX51金相顯微鏡進行晶粒評級，評級情況見圖4。

具體結果如下，視場數：1，平均截距數：51，平均截距：42um，平均級別5.9級，平均直徑：47.4525um，平均面積2251.74um2，晶粒密度：444.101個/mm2。

參照圖5，採用本實用新型的具體實施例，採用牌號為3003的鋁型材，符合國家標準GBT3190-1996《變形鋁及鋁合金化學成分》Si≤0.60％，Fe≤0.70％，Cu≤0.05-0.20％，Mn≤1.00-1.50％，Zn≤0.10％的要求，擠壓狀態T5。

快速退火：採用感應快速退火工藝，升溫速度430℃/s，在430±5℃保溫10s後，出爐空冷。

檢測：根據國家標準GBT3246.1-2012《變形鋁及鋁合金製品顯微組織檢驗方法，第1部分顯微組織檢驗方法》選用浸蝕劑6號，腐蝕時間5-10s，通過OLYMPUS-GX51金相顯微鏡進行晶粒評級，評級情況見圖5。

具體結果如下，視場數：1，平均截距數：97，平均截距：29um，平均級別7.0級，平均直徑：32.5178um，平均面積1057.40um2，晶粒密度：945.712個/mm2。

本實用新型的實施方式不限於此，按照本實用新型的上述內容，利用本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本實用新型上述基本技術思想前提下，本實用新型還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本實用新型權利保護範圍之內。