退火炉

退火炉

退火炉-铝合金热处理设备的发展与关键技术

1前言

退火炉-随着有色金属技术的发展，铝和铝合金以它特有的优势愈来愈广泛的用于航空工业和民用建筑、医疗、食品包装等行业。铝合金的热处理技术已发展成为热处理学科中的一个重要组成部分。

铝合金热处理包括：铝合金退火、时效、均匀化、固溶热处理等。退火炉-随着铝合金产品的广泛应用，对铝合金热处理质量不断提出更高的要求，本文将对铝合金热处理技术的发展及关键问题进行综合分析和评述。

2铝合金的均匀化

退火炉-在铝板带和铝型材生产工艺中，铸锭通过热轧、挤压可获得坯料铝卷带、铝型材。在铸造过程中，虽然可以通过在铝液中添加微量晶粒细化剂(Al-Ti-B)达到细化铸锭晶粒的目的，但铸锭的结晶组织还是不均匀。这是因为铝液的凝固是从结晶器的内壁开始，垂直于冷却面的方向向铝液内部扩展，所以铸造组织具有明显的方向性；随着铝凝固层的增厚，传热系数减小，内外晶核的形成和长大的不一致导致晶粒的形状、位向和大小也随之变化；凝固时金属成分造成的偏析现象，晶粒四周和晶内锰浓度的差异扩大了再结晶温度区间，降低生核率，从而容易产生粗晶；铸造时锭内部产生不同程度的缩孔和疏松组织。

退火炉-在热轧、挤压过程中，由于热加工变形与再结晶同时进行，形成了以等轴晶粒为主的再结晶组织，可使铸造的结晶组织不均匀状态得到不同程度的改善。为了进一步改善热轧、挤压的性能，提高热加工后产品质量和档次，许多铸锭在热加工之前均在铝合金固相线下的温度570～620℃进行均匀化处理，使MnAl6相均匀析出，减小或消除晶内偏析，以达到均匀化之目的。

2.1轧制用坯锭、卷带的二次加热和均匀化生产线

(1)推进式加热/均匀化炉--退火炉

对于具有热轧能力的大型铝加工厂的批量生产来说，用推进式加热/均匀化炉来进行二次加热和均匀化比较合适。根据工厂的实际情况可采用加料和卸料的全自动操作或半自动操作，铝锭加热电炉见图1。

图126t铝锭加热电炉

图253t铝扁锭均热炉

图335t铝棒均热炉3铝合金的固溶热处理

铝合金的基本热处理形式是退火与淬火时效。前者属于软化处理，目的是获得稳定的组织或优良的工艺塑性；后者为强化处理，在淬火时使强化相充分地固溶在铝材中，在随后的时效过程中(又称沉淀硬化)获得最大的强化效果。退火炉-因此，固溶热处理的目的是通过淬

火过程形成起硬化作用的过饱和固溶体(起强化作用的合金元素)，在固溶热处理时，通常将铝合金工件加热到500～570℃，然后以最快的速度冷却。

铝合金固溶热处理广泛用于航空工业的飞机蒙皮、壁板、框架、联接件等承力构件，以及汽车工业中汽车铝轮毂、发动机缸体、缸盖、活塞等受力部件。

固溶热处理炉的种类很多，主要型式为立式(图4)和卧式(图5)两种。立式炉为周期式淬火炉，卧式炉为连续式淬火炉。退火炉

图4铝合金热处理空气循环电炉

图5卧式炉

4铝合金退火

铝合金退火分为板带材退火和箔材退火。退火的目的：消除冷加工硬化以便继续进行轧制或深度加工；控制产品的状态和性能；清除轧制油，提高表面质量。

根据生产能力和规模，铝材退火炉分为单体退火和退火炉群组成的退火生产线，见图6、图7。退火生产线一般由几台退火炉、复合装卸料车、炉外料台、冷却室(有些炉子带旁路冷却器)组成。炉体采用大风量风机对铝材进行循环加热，炉内的导流装置可有效保证气流均匀的通过铝材，使之加热均匀，加热器采用顶装整体式结构、拆装、维修很方便。炉门开闭采用气动压紧式或机械传动升降式，运行平稳，密封性好。炉子的排油烟系统可有效地去除铝材表面的油膜，调节炉内的压力。这种炉子的装料量一般为10～50t。

图644t铝卷退火电炉

图744t铝卷退火生产线

铝材退火炉是铝合金热处理中最广泛采用的设备。随着技术的发展和对产品质量要求的提高，对铝材的退火提出了更高的要求，如退火产品的外形质量、性能指标的一致性。

外形质量包括起皮、气泡、油斑、氧化腐蚀、表面光洁度等。内在质量包括力学性能、晶粒度、各向异性等方面。除退火工艺和设备外，产品退火以前的加工历史，如配料成分、熔铸工艺、冷加工率等，对退火产品的内在质量也有重要影响。

为了提高退火产品的质量，在炉膛气氛、炉温控制、炉型等方面需要采取改进措施。

①对某些特殊要求的退火产品，可采用氧和水分含量极微的保护性气体作为退火炉气氛，以防止轧制油分子在挥发过程中裂解，产生碳氢化合物及游离的微小碳粒，在产品表面产生油斑；同时可减少表面氧化膜的厚度，使产品退火以后基本保护原有的金属光泽。退火炉

在使用保护性气体时，先将炉加热到150℃左右，装料后充入保护性气体进行洗炉，然后升温。在升温期间，产品表面油膜挥发，并从排烟口排出，同时补充保护性气体，以维持炉膛正压。退火炉-待油膜全部挥发后，进行高温加热和保温，使产品在较短时间内再结晶，

然后降温出炉。

②真空退火炉是比较新的铝合金退火技术，可以防止轧制油分子裂解、氧化和聚合，在真空退火时，先将炉子抽到一定的真空度，然后加热，在加热过程中需要充入少量保护性气体用于驱除油气，减轻真空泵的负荷，并加速热量的对流传递。在冷却开始阶段，需要充入比正常运行更多的保护性气体使炉膛保持微负压或正压，通过对流风机和冷却器快速将炉子冷却下来。真空退火炉的密封要求严，真空泵容量大，对设备的要求较高，一般用于电解电容器的高纯铝箔退火-退火炉。

3.1立式炉(底装料)

退火炉-该炉型适用于小批量、多品种的铝合金板材、型材、铸件的生产。一般采用高架式炉型，移动式淬火槽车，炉门采用两半对开式结构，工件在炉内采用悬挂式加热，倍行程滑轮组或卷扬机能使工件快速下降，确保所需的淬火转移时间。炉子的循环加热系统和温控系统确保淬火加热时温度均匀。退火炉-该炉子和时效炉配在一起可形成淬火时效生产线(强化热处理)，也可多炉组排列，共用一台淬火槽车。该炉型由于技术先进、操作灵活，目前应用比较广泛，但在设计中应特别注意以下方面：

①炉内温度均匀性

退火炉-固溶热处理的特点决定了必须重视炉内温度的均匀性。选择固溶热处理温度必须考虑防止出现过烧、晶粒粗化、包铝层污染等弊病，尽可能采用较高的加热温度以使强化相充分固溶，但固溶热处理温度有一个高限和一个低限，如果温度过高，合金中的低熔点组成物(一般是指共晶体)，在加热过程中发生了重熔(过烧)；如果温度过低，强化相不能完全固溶，而影响合金的强度。因此在热处理规范上规定了固溶热处理温度的均匀性，要求在±3℃内。

固溶热处理的传热主要是依靠对流，因此炉内气氛的强制循环对同一批炉料实现迅速而均匀的加热，以达到要求的温度均匀性是首要条件。退火炉-其它影响炉温均匀性的因素还包括循环风量的大小，循环次数的多少，以及循环气流如何均匀地流过工件，导流系统的良好设计，保温材料的选择等。

②保温时间

固溶热处理加热时间首先与合金性质、原始状态有关。因各种铝合金的成分相似，所以对此不需特殊考虑，那么重点考虑的就是原始组织状态。退火炉-当强化相比较细小时，因固溶较快，加热时间可缩短。例如冷轧状态的板材所需加热时间较热轧状态的短，重复淬火则更短，而一般退火状态因强化相较粗，保温时间应较长。另外，加热时间和加热介质、零件尺寸、批量等因素也有直接关系。

③淬火转移时间

工件从出炉到进入淬火槽的间隔称转移时间，在转移过程中，工作温度下降可导致固溶体发生部分分解，从而降低时效强化效果，特别是增加合金的晶间腐蚀倾向。退火炉-工件出炉后的温度降低5℃，可导致强度下降20%，为此，在生产中应尽可能缩短转移时间，尤其对热容量低的薄板来说，更为重要。退火炉-一般淬火转移时间为7～25s，视工件大小薄厚而定。

④淬火冷却速度

退火炉-由于铝合金中合金成分的溶解度随着温度的降低而急剧下降，所以铝合金固溶体在淬火状态下处于过饱和状态，这样便可以实现时效硬化。根据铝合金的等温分解曲线，为了避免过量固溶体产生任何沉淀，在淬火过程中，铝合金件从固溶加热温度应快速降到3 00℃左右，为达到理想的效果，应保证足够的冷却速度。退火炉-淬火介质通常采用水或者聚二醇。为减少变形和内应力，水温一般为20～50℃。