本發(fā)明涉及鋁合金材料制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，現(xiàn)有的鋁型材退火工藝，主要采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(guān)資料介紹，常規(guī)鋁合金退火工藝方法為箱式退火，其相關(guān)發(fā)明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(jiān)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(dǎo)體退火爐》通過采用高通透型的線盤，提高熱效應(yīng)，減少設(shè)備到溫的時間，但在退火工藝上還是傳統(tǒng)的保溫模式，升溫速度還是不夠快。

感應(yīng)加熱技術(shù)作為一種先進的加熱技術(shù),它具有傳統(tǒng)加熱方法所不具備的優(yōu)點因而在國民經(jīng)濟和社會生活中獲得了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的感應(yīng)退火裝置及工藝多應(yīng)用于鋼材，由于鋼材和鋁的成分不同、組織結(jié)構(gòu)不同、特性不同，尤其電阻值不同，不能直接將現(xiàn)有用于鋼材的感應(yīng)退火裝置用于鋁材。如果將感應(yīng)退火應(yīng)用于鋁合金，將得到晶粒細小，熱處理后的力學(xué)性能更好的產(chǎn)品；而且鋁合金質(zhì)量輕，對設(shè)備強度要求相對較低，應(yīng)用的可能性較高，成功率也更高，具有更廣闊的前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鋁型材快速退火工藝及其裝置，該鋁型材快速退火工藝及其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。

本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案為：

一種鋁型材快速退火裝置，與電氣控制柜電連接，包括感應(yīng)加熱部分和機械傳動部分；其中，所述感應(yīng)加熱部分包括感應(yīng)箱、設(shè)置在所述感應(yīng)箱內(nèi)的感應(yīng)圈銅管和與所述感應(yīng)箱電連接的加熱電源，所述感應(yīng)箱電連接所述電氣控制柜；

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

還包括至少一個平行設(shè)置的貫穿所述感應(yīng)箱的托盤，所述托盤用于放置需要退火處理的鋁型材工件。

所述滑道上設(shè)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/或所述托盤上設(shè)置有風(fēng)冷裝置。

所述托盤為圓弧形結(jié)構(gòu)托盤，所述樹脂托盤的中心線與所述感應(yīng)圈銅管的中心線及工件的中心線重合。

所述感應(yīng)加熱部分還包括用于冷卻加熱電源的帶有循環(huán)水泵的循環(huán)水箱，以及用于循環(huán)水過濾的過濾設(shè)備。

所述感應(yīng)圈銅管內(nèi)徑大于工件外徑5mm至10mm。

一種鋁型材快速退火工藝，其操作步驟為：

步驟一、啟動電氣控制柜，啟動循環(huán)水箱內(nèi)的循環(huán)水泵，空車運行并檢查無漏水情況；

步驟二、將工件放置于托盤上，調(diào)整和校對工件與感應(yīng)圈銅管中心位置后固定；

步驟三、啟動電氣控制柜，感應(yīng)箱開始工作并被驅(qū)動在滑道上勻速滑行，對工件進行加熱；

步驟四、所述感應(yīng)箱運動到所述滑道的端頭的限位器處停止加熱。

步驟五、對工件進行風(fēng)冷。

步驟三中，對工件進行加熱是指：所述加熱電源的頻率設(shè)定在20-50KHz、所述感應(yīng)箱通過工件時將工件加熱至表面溫度為350℃至550℃。

所述感應(yīng)箱通過工件時將工件加熱至表面溫度為430℃。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的有益效果：

退火狀態(tài)下晶粒小于30微米；加熱速度快，根據(jù)感應(yīng)加熱原理，工件瞬間升溫到目標(biāo)溫度，與箱式加熱相比，可節(jié)約60-90min；加熱時間短，本工藝加熱時間1-10s，與傳統(tǒng)保溫模式相比3-5H，極大節(jié)約加熱時間。設(shè)備穩(wěn)定高效，選用固態(tài)中頻以電流源型并聯(lián)諧振電路形式，應(yīng)用鎖相控制技術(shù)，具有輸出穩(wěn)定、反應(yīng)速度快和安全系數(shù)高的技術(shù)特點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的俯視圖；

圖3是感應(yīng)箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是采用慢速退火工藝的金相評級結(jié)果；

圖5是采用本發(fā)明工藝的金相評級結(jié)果。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明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，與電氣控制柜13電連接，包括感應(yīng)加熱部分1和機械傳動部分2；其中，所述感應(yīng)加熱部分1包括感應(yīng)箱11、設(shè)置在所述感應(yīng)箱11內(nèi)的感應(yīng)圈銅管110、與所述感應(yīng)箱11電連接的加熱電源12和用于控制感應(yīng)箱11工作的電氣控制柜13；所述感應(yīng)箱11通過集線履帶14電連接所述加熱電源12和所述電氣控制柜13；所述機械傳動部分2包括滑道21、設(shè)置有滑塊的連接部25和驅(qū)動滑塊運動的驅(qū)動裝置23，所述連接部25與感應(yīng)箱11固定連接，所述滑塊設(shè)置在滑道21上，工作時由驅(qū)動裝置23驅(qū)動帶動感應(yīng)箱11沿滑道21滑動；還包括至少一個貫穿所述感應(yīng)箱11的托盤22，當(dāng)托盤22數(shù)量為兩個及以上時，任意兩個托盤22之間相互平行設(shè)置；所述托盤22用于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(yīng)箱11內(nèi)的感應(yīng)圈銅管110的電磁感應(yīng)來加熱工件，放置工件的托盤22起支撐作用，因而托盤22要貫穿設(shè)置在感應(yīng)圈銅管110上，優(yōu)選地，所述托盤22為圓弧形結(jié)構(gòu)的樹脂托盤，所述樹脂托盤的中心線與所述感應(yīng)圈銅管110的中心線重合。較優(yōu)的實施方案，工件設(shè)置成圓柱形，與工件匹配的托盤22也設(shè)置成圓弧形。電氣控制柜13通過電連接感應(yīng)箱11、加熱電源12、集線履帶14以及驅(qū)動裝置23，實現(xiàn)控制整個鋁型材快速退火裝置的自動化。驅(qū)動裝置23在滑道21上往復(fù)運動同時帶動連接部25運動，連接部25的運動帶動感應(yīng)箱11的運動，驅(qū)動裝置23可調(diào)節(jié)運動速度和距離，因此，可實現(xiàn)感應(yīng)加熱的時間和被加熱的工件量。在運行方面采用耐高溫絕緣材料作為托盤22，實現(xiàn)感應(yīng)圈運行模式，避免工件運行出現(xiàn)的中心擺動的問題，保證加溫的均勻性。感應(yīng)圈銅管110內(nèi)采用絕緣樹脂保護，避免工件與感應(yīng)圈銅管110的接觸，出現(xiàn)短路危險。

參照圖2，所述滑道21上設(shè)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(yōu)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(shè)置有限位器24，用于限位驅(qū)動裝置23的運動，保持驅(qū)動裝置23在滑道21內(nèi)運動及限位距離。所述加熱電源12為中頻加熱電源。采用中頻加熱電源為常用的優(yōu)選加熱源，能提供足夠的能量，加熱時間也適于所用工件。

優(yōu)選地，所述滑道21和/或所述托盤22上設(shè)置有風(fēng)冷裝置。在完成加熱之后的工件，利用風(fēng)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(yōu)選地，所用工件為圓柱空心結(jié)構(gòu)，其剖面為圓環(huán)，此時較優(yōu)的實施方式是工件壁厚小于10mm；優(yōu)選實施方式，所述感應(yīng)圈銅管110內(nèi)徑大于工件外徑5mm至10mm。根據(jù)工件的尺寸大小而調(diào)整感應(yīng)圈銅管110的直徑，當(dāng)感應(yīng)圈銅管110內(nèi)徑大于工件外徑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(yīng)加熱部分1還包括用于冷卻中頻加熱電源12的循環(huán)水箱15，以及用于循環(huán)水過濾的過濾設(shè)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(shè)置的循環(huán)水箱15用于降溫加熱電源12，優(yōu)選地，設(shè)置的過濾設(shè)備16對循環(huán)水箱15的水進行過濾，防止雜質(zhì)或水垢的堆積而堵塞管道，同時，保證裝置的正常運行。冷卻方面采用循環(huán)蒸餾水冷卻，同時還配以過濾設(shè)備16，避免因水質(zhì)問題，導(dǎo)致銅管堵塞，提高設(shè)備的加溫精度和延長設(shè)備使用壽命。

材料的塑性與晶粒大小成線性關(guān)系，晶粒越細小，材料的塑韌性更高，晶粒越粗大，其應(yīng)力腐蝕就越高，發(fā)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(jié)晶程度息息相關(guān)，再結(jié)晶發(fā)生主要受相變驅(qū)動力影響，即變形應(yīng)力、相變溫度和元素的抑制作用。

Mn在鋁合金基體當(dāng)中與基體合金鋁在均勻化處理時發(fā)生相變反應(yīng)：Al+Mn→MnAl6。MnAl6相能阻止鋁合金的再結(jié)晶過程，提高再結(jié)晶溫度，使合金再結(jié)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。

本發(fā)明為快速退火工藝，對于鋁合金退火工藝，關(guān)鍵就是回復(fù)與再結(jié)晶，回復(fù)就是相的重新析出與分布，因為慢速加熱在回復(fù)過程中，會促使Mn等抑制再結(jié)晶顆粒進行離散分布，阻礙晶粒的再結(jié)晶程度，容易粗化。

本工藝采用中頻感應(yīng)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(shè)定參數(shù)→滑道21運行→感應(yīng)加熱開始→滑道21停止→感應(yīng)加熱停止→卸料風(fēng)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、啟動電氣控制柜13，啟動循環(huán)水箱15內(nèi)的循環(huán)水泵，空車運行并檢查無漏水情況；

步驟二、將工件放置于托盤22上兩端定位，防止工件滾動，調(diào)整和校對工件與感應(yīng)圈中心位置后固定；

步驟三、啟動電氣控制柜13，感應(yīng)箱11在滑道21上勻速通過，并對工件進行加熱；

步驟四、所述感應(yīng)箱11運動到限位器24處停止加熱。

步驟五、對工件進行風(fēng)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(shè)定在20-50KHz、所述感應(yīng)箱11通過時工件表面溫度為350℃至550℃，即感應(yīng)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(shù)條件下，要求所述感應(yīng)箱11通過單個工件的時間為1s至15s。當(dāng)感應(yīng)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(yōu)選地，所述感應(yīng)箱11通過時工件表面的瞬時溫度為430℃，此時，所述感應(yīng)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(jù)調(diào)節(jié)驅(qū)動裝置23的速度來實現(xiàn)。當(dāng)感應(yīng)箱11遠離被加熱的工件時，工件可自然冷卻或采用風(fēng)冷快速冷卻，保證了工件組織的晶粒細小，晶粒不易繼續(xù)長大。

本工藝通過感應(yīng)加熱的渦流效應(yīng)，使工件瞬間產(chǎn)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(jié)晶的效果，獲得更細的晶粒組織，提高材料韌性，選用中頻設(shè)備可以有效地提高鋁材的加熱深度，保證加熱的均勻性。

后續(xù)加熱完成后，還可以配以自動化包裝設(shè)備，實現(xiàn)生產(chǎn)和包裝同步完成，優(yōu)化生產(chǎn)流程，降低人工成本，提高生產(chǎn)效率。

參照圖4，慢速退火的實施情況，采用牌號為3003的鋁型材，符合國家標(biāo)準(zhǔn)GBT3190-1996《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》Si≤0.60％，F(xiàn)e≤0.70％，Cu≤0.05-0.20％，Mn≤1.00-1.50％，Zn≤0.10％的要求，擠壓狀態(tài)T5。

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

檢測：根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GBT3246.1-2012《變形鋁及鋁合金制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(jié)果如下，視場數(shù)：1，平均截距數(shù)：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，采用本發(fā)明的具體實施例，采用牌號為3003的鋁型材，符合國家標(biāo)準(zhǔn)GBT3190-1996《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》Si≤0.60％，F(xiàn)e≤0.70％，Cu≤0.05-0.20％，Mn≤1.00-1.50％，Zn≤0.10％的要求，擠壓狀態(tài)T5。

快速退火：采用感應(yīng)快速退火工藝，升溫速度430℃/s，在430±5℃保溫10s后，出爐空冷。

檢測：根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GBT3246.1-2012《變形鋁及鋁合金制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(jié)果如下，視場數(shù)：1，平均截距數(shù)：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。

本發(fā)明的實施方式不限于此，按照本發(fā)明的上述內(nèi)容，利用本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明還可以做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本發(fā)明權(quán)利保護范圍之內(nèi)。