部分工業(yè)鋁合金如Al-Si系中的6063、6005A和Al-Zn-Mg系的01915、01925合金對淬火冷卻速度敏感性很低，具有自淬性，即利用風(fēng)冷就可以淬火。但也有部分工業(yè)鋁合金對淬火冷卻速度的敏感性很強(qiáng)，如6061、2A12、7A04等合金淬火爐和水冷卻設(shè)備，而工業(yè)用熱處理強(qiáng)化鋁合金型材又越來越多。因此實(shí)現(xiàn)在擠壓機(jī)上淬火成為許多工程技術(shù)人員研究的重要課題。

1 實(shí)現(xiàn)鋁合金擠壓

首先，制品流出模孔前的溫度必須達(dá)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(shí)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(jìn)入淬火水槽的時(shí)間不超過該合金的淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間，且對材料的性能影響不大；再就是制品從水槽經(jīng)過的時(shí)間足以使制品冷卻到規(guī)定的溫度。

滿足上述條件的多數(shù)工業(yè)鋁合金擠壓制品都可以實(shí)現(xiàn)在線淬火。但由于大多數(shù)工業(yè)鋁合金，如2×××系、7×××系的鋁合金的擠壓速度較慢，一般小于3m/min，如果在線淬火冷卻裝置的時(shí)間超過20s，已經(jīng)超過了淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間；如此慢的擠壓速度使擠壓制品在空氣中降溫，溫度降到了淬火溫度以下，從而使該鋁合金制品的淬火效果大為降低，達(dá)到真正淬火的目的。筆者認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)在線淬火的實(shí)際條件應(yīng)該是：

（1）    工業(yè)鋁合金的擠壓速度應(yīng)大于3m/min；

（2）    工業(yè)鋁合金的擠壓溫度應(yīng)等于或略高于該合金的淬火溫度；

（3）    淬火冷卻裝置至擠壓機(jī)出口的距離應(yīng)盡可能短，不超過1m；

（4）    熱擠壓制品通過冷卻裝置后的溫度應(yīng)低于該合金規(guī)定的溫度。

部分工業(yè)鋁合金的擠壓溫度和擠壓速度（擠壓制品的平均流動(dòng)速度）見表1。從表1可以看出，不是所有的鋁合金都可以實(shí)現(xiàn)在線淬火，只有部分鋁合金才能采用在線淬火。當(dāng)然如果采用了特殊的方法，也可能實(shí)現(xiàn)在線淬火。

對于擠壓速度大于3m/min的部分鋁合金有可能實(shí)現(xiàn)在線淬火。

2、實(shí)現(xiàn)在線淬火和用淬火爐淬火的差別在于第二相的固溶時(shí)間，如2A12合金，壁厚為4mm的型材在淬火爐保溫時(shí)間要20min，而在塑性變形條件下可以顯著縮短時(shí)間，大約只要20s～30s。對于2A12合金，在塑性變形區(qū)內(nèi)停留40s～60s，完全可以使第二相充分固溶，因此有可能在擠壓機(jī)上進(jìn)行在線淬火。

強(qiáng)化相的大小對其溶解度有很大影響。如果質(zhì)點(diǎn)小于1μm，則能很快充分溶解。但要獲得如此彌散的強(qiáng)化相，則均勻化的冷卻速度要達(dá)到500℃/h?，F(xiàn)代均勻化加熱后的冷卻大多采用水冷，基本上可以達(dá)到這個(gè)要求。另外在擠壓機(jī)上淬火大大縮短了淬火保溫時(shí)間和降低了淬火溫度下限，從而擴(kuò)大了淬火溫度范圍，見表2。

通過調(diào)整鑄錠和擠壓筒的加熱溫度、擠壓系數(shù)、擠壓速度，可以使制品的前后溫度在模具出口處差別在30℃～35℃，說明某些鋁合金在擠壓機(jī)上淬火是可能的。表3給出了可能在擠壓機(jī)上淬火的鋁型材擠壓工藝制度（擠壓系數(shù)λ在12～54之間）。

如果淬火水槽距擠壓模具出口的距離為1.0m～1.5m，要保證制品的轉(zhuǎn)移時(shí)間在30s以內(nèi)，制品的流出速度要在3m/min以上，就可以使制品流出水槽后的溫度達(dá)到規(guī)定的要求。

現(xiàn)在已有專門的在線淬火裝置，設(shè)有風(fēng)冷、水霧、水冷三級冷卻方式，可以根據(jù)不同的合金、不同制品的壁厚進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。淬火裝置的長度根據(jù)擠壓機(jī)能力大小而定，通常在4m～12m之間。

3、在線淬火實(shí)例

蘭州鋁業(yè)集團(tuán)西北鋁加工分公司用6061合金在45MN反向擠壓機(jī)上進(jìn)行在線淬火工藝研究，其工藝參數(shù)見表4。

在線淬火采用冷卻方式為水冷式，制品完全浸入在水中，可以保證淬火冷卻強(qiáng)度。從水槽中出來的制品溫度為30℃～100℃，擠壓速度最大的為上限。

試驗(yàn)采用在線淬火與空氣爐加熱淬火進(jìn)行對比，都采用175℃保溫8h的人工時(shí)效制度。其力學(xué)性能如表5所示。

由表5可以看出：隨著擠壓溫度的提高，硬度、抗拉強(qiáng)度和屈服亦隨之提高，伸長率變化不大。當(dāng)鑄錠加熱溫度為480℃時(shí)，由于低于臨界淬火溫度499℃，合金固溶不充分，合金的強(qiáng)化效果相應(yīng)降低。當(dāng)鑄錠的加熱溫度為520℃和540℃時(shí)，合金強(qiáng)化效果好。因此可以得出如下結(jié)論：當(dāng)擠壓溫度為520℃～540℃，擠壓速度為3m/min～10m/min，淬火后制品溫度在50℃以下時(shí)，6061合金可以實(shí)現(xiàn)在線水冷淬火。

4、結(jié)束語

工業(yè)鋁合金擠壓制品的在線淬火只有其擠壓速度大于3m/min時(shí)才有可能實(shí)現(xiàn)。在線淬火有許多優(yōu)點(diǎn)：在線水冷淬火制品比空氣爐淬火的粗晶環(huán)和晶粒度??；可以更容易獲得較高的硬度和強(qiáng)度，且抗腐蝕性能、抗疲勞性能不亞于立式空氣爐淬火的；可以節(jié)省設(shè)備投資和節(jié)約大量的能源，大大縮短了生產(chǎn)周期；能顯著提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。對熱處理可強(qiáng)化鋁合金進(jìn)行在線淬火研究，是一項(xiàng)有實(shí)用價(jià)值的技術(shù)研究項(xiàng)目。

表1各種合金擠壓制品的擠壓溫度-平均流出速度規(guī)范
合  金 制   品 鑄錠加熱溫度/℃ 擠壓筒加熱溫度/℃ 金屬平均流出速度/(m?min-1)
2A14 圓棒、方棒
和六角棒 380～440 360～440 1～2.5
2A12  380～440 360～440 1～3.5
2A05  380～440 360～440 3～6
2A80、2A70、5A02  320～430 350～400 3～15
7A04  350～430 330～400 1～2
1A70～8A06  390～440 360～430 40～150
3A21  390～440 360～430 25～120
5A05～5A06  400～450 380～440 1～2
6A02、6061 一般型材 480～520 450～500 8～50
6063    15～120
2A12、2A06 一般型材 380～460 360～440 1.2～1.5
高強(qiáng)度和空心型材 430～460 400～440 0.8～2
壁板和變斷面型材 420～470 400～450 0.5～1.2
2A11 一般型材 330～460 360～430 1～3
7A04 固定斷面和變斷面型材壁板 370～450 360～430 0.8～2
 390～440 390～440 0.5～1
5A02、5A03、5A05、5A06、3A21 實(shí)心、空心和壁板型材 420～480 300～450 0.6～2
6061 裝飾型材 320～500 480～500 12～60
6061、6A02、6063 空心建筑型材 480～530 460～480 8～60
   20～12
6A02 重要型材 490～510  3～15

表2 在立式淬火爐中和擠壓機(jī)上淬火時(shí)所必需的淬火溫度區(qū)間比較
合金 淬火溫度/℃ 淬火溫度區(qū)間溫差?t/℃
在立式淬火爐 在擠壓機(jī) 在立式淬火爐 在擠壓機(jī)
2A11 495～505 475～505 10 30
2A12 493～500 470～500 7 30
7A04 465～475 440～475 10 35
2A70 525～535 510～535 10 25

表3 可能在擠壓機(jī)淬火的鋁合金型材擠壓工藝
擠壓工藝參數(shù) 2A11合金 2A12合金 7A04合金 2A70合金
鑄錠溫度/℃ 450～480 450～480 420～450 500～520
擠壓筒溫度/℃ 420 420 420 440
流出速度（m?min-1） 2～6 1.5～4.0 1.5～4.0 1.5～4.0

表4  6061鋁合金在線淬火擠壓工藝參數(shù)
鑄棒規(guī)格/㎜ 殘料長度㎜ 鑄錠溫度℃ 擠壓速度m/min 擠壓筒溫度℃
?312×1000 50 400～440 16 380～400
?312×1000 50 480 11 450
?312×1000 50 520 16 450
?312×1000 50 540 11 450
注：擠壓系統(tǒng)18.1。
表5 在線淬火與空氣爐淬火制品力學(xué)性能比較
淬火方式 擠壓速度m/min 鑄定加熱溫度/℃ 抗拉強(qiáng)度N/mm2 屈服強(qiáng)度N/mm2 伸長率% 硬度HV
在線淬火 2.0 520 345 335 15.2 102
在線淬火 11.0 480 300 290 16.5 81
在線淬火 11.0 520 355 345 15.0 110
在線淬火 11.0 540 360 350 16.0 120
在線淬火 16.0 520 330 325 15.0 93
空氣爐淬火 11.0 520～530 315 305 13.0 91