铝合金厚板的火与拉伸技术

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，两者有很大的差异。

如图1-1所示，厚板淬火-拉伸的工艺流程可概括为：由热轧机提供满足拉伸工进行辊式矫直处理，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理。

1、铝合金板材的淬火1.1、铝合金厚板的淬火工艺过程及生产方式A 、盐浴炉加热方式淬火的特点盐浴炉淬火流程如下图盐浴炉的特点是： 设备结构简单,制造及生产成本低，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。

使用盐浴炉热处理具有加热速度快，温差小，温度准确等优点，充分满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，有不确定的因素；在水中淬火时，完全靠板材与冷却水之间的热交换而自然冷却，形成了不均匀的冷却过程，使得淬火后的板材内部应力分布很不均匀；板材变形较大，在随后的精整过程中易造成表面擦、划伤等缺陷，并且不利于板材的矫平；盐浴加热时，板面与熔盐直接接触，板面形成较厚的氧化膜，在淬火后的蚀洗过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点：设备结构复杂，高，但安全性好，耗电量少，生产灵活，可随时根据生产要求调整温度。

与盐浴炉相比，空气炉热处理同样具有温度准确、均匀性好、温差小等优点，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分布方式，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，易于实现过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过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吊挂式空气加热炉。

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。

用这种热处理炉生产铝合金淬火板，工艺过程简单、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 、固溶处理的加热温度几种典型的铝合金厚板固溶处理温度见下表B、固溶处理的保温时间盐浴炉淬火和空气炉淬火的推荐固溶处理保温时间见下表典型铝合金厚板（盐浴炉加热）固溶处理保温时间典型铝合金厚板（空气炉加热）固溶处理保温时间C、淬火冷却速度冷却速度对可热处理强化铝合金材料的力学性能和抗腐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，应加强水的流动和搅拌，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。

为了防止淬火过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导致其性能损失的问题。

另外，对于某些特殊材料，也可以通过适当地提高水温的方法，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理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，对材料的腐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以内，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过程中，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，会引起加工变形。

铝合金板材进行拉伸处理的目的就是：通过纵向永久性塑性变形，建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。

其方法是在淬火后的时效处理前的规定时间内，对板材纵向进行规范的拉伸处理，永久变形量约为1.5%-3%，经此过程生产的板材称之为铝合金拉伸板。

3.1、板材拉伸的工作过程在拉伸机上，将淬火后的板材的两端放入钳口咬合区（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过程。

根据应力-应变曲线可知，塑性变形包含着一定的弹性变形，因此必须考虑到拉伸过程中的弹性变形（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。

此外，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。

板材两端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。

3.2、厚板在热轧和淬火状态下的应力分布规律轧制过程中轧件表面层和内层金属的变形，可以发现，当轧件进入轧辊附近时，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。

在离出轧辊的断面附近，由于金属的平均速度大于轧辊圆周速度的水平投影，因而在接触弧这一段上，轧辊对金属流动起着阻碍作用，这样必定造成金属表面层速度落后内层流动速度。

同样由于刚断作用，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，经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。

淬火全过程的应力情况，板材被加热发生再结晶，轧制过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，使应力重新分配，最后导致表面金属残余有压应力，内层金属残余有拉应力，与其轧制过程残余的内应力分布规律正好相反。

3.3、均与变形时拉伸应力分布拉伸均匀变形的条件：钳口咬入部分为均匀咬合，夹持状态完全一致，并且比较牢固，形成理想刚断。

在钳口咬合的刚断附近区域和距宽度两侧边附近区域内，存着不均匀变形，其他区域为均匀变形，（应力消除区）在生产过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，影响最终使用，因此在成品锯切时，必将此区域作为几何废料切掉。

3.4、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分布有很重要的影响，生产中必须严格控制。

4、拉伸板坯料的尺寸的确定拉伸板坯料的确定原则为：坯料尺寸=成品尺寸+几何废料，几何废料包括板材两端钳口咬合区、咬合区附近和两侧边的不均匀变形区域。

根据生产实践、理论分析与实际测试结果，一般将板材长度两端各预留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5.1、拉伸板的间隔时间淬火后至拉伸开始的间隔时间是拉伸板材生产工艺的参数之一，对自然时效倾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一定的影响。

实际生产中间隔时间一般控制在2-4h以内。

对自然时效倾向不敏感的间隔时间控制可适当延长。

5.2、拉伸板平直度的质量标准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两侧，对于横截面越大的板材，在拉伸过程中机架产生的变形将越大。

因此，拉伸机架应保持较大的刚度，设计与制造中应考虑机架预变性补偿，以克服和补偿拉伸过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分布的不均匀性，拉伸过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，是满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过程为主，因而对纵向有较好的矫直作用，对横向平直度的改善能力非常有限。

5.4、拉伸板的缺陷及产生原因A、拉伸量超标。

根据不同合金、不同规格板材的拉伸回弹量特性，设定合适的预拉伸量。

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，生产中必须加以考虑。

根据我国4500拉伸机多年来的生产经验，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0.6-1.0；C---淬火拉伸间隔时间系数，一般为1.0-1.5。

采用上述公式得出的拉伸设定量，基本上可以满足拉伸工艺要求的1.5%-3%的永久变形量。

B、应力消除不当。

通常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分布；锯切工序对拉伸板的两端头和两侧边切除的尺寸过小。

因此保持良好的热轧板型、规范的拉伸过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、拉伸过程断片。

通常是熔体质量不好，内部夹杂、疏松严重等导致拉伸断片；热轧道次加工率分配不合理，使其厚板的表面层和心部变形不均匀，导致心部残留严重的铸态过度夹层，从而引起拉伸断片；热轧板边部缺陷（开裂、裂纹和夹杂等）尤其能引起拉伸断片。

D、拉伸滑移线。

拉伸滑移线通常是由于拉伸量过大；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—拉伸的多次重复生产等产生。

1、压光板片时，一般通过3-5道次。

每道次的绝对压下量≤.0.08mm相对压下量不超过1.0%，总压下量不超过2.0%并保证板片厚度在允许偏差之内。

淬火后的板片应在30-40分钟内压光完毕。

压光棍的弧度为0.15-0.21mm（最佳0.17-0.19mm）压光机的主要技术性能：最大轧制力1000t 轧辊尺寸：￠900/￠860×2800mm 轧制速度：0.5-1.5M/S2、多辊矫直采用多辊矫直机矫直板片的过程，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。