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铝型材淬火变形和开裂缺陷的控制方法
铝型材绝大多数情况是用水作淬火介质,其优点是明显的:操作简单、成本低廉、冷却快,能保证型材的性能要求;但从避免和减少铝型材变形和开裂倾向的角度来看,水又不是一种理想的淬火介质;由于冷却过激,铝型材表面和心部以及不同壁厚之间出现很大的温差,引起相当高的内应力;在高温下,铝型材十分柔软,故极易造成变形,在低温下内应力却可能导致铝型材开裂,特别是大型型材,如大锻件;铝型材淬火过程中不发生相变,因此只存在热应力,冷却后一般表层为压应力,中心为拉应力;采用适当浓度的聚合物水溶液作淬火剂,不仅能保证型材的力学性能和耐蚀性,而且可以大大降低铝型材内部的残余应力和变形;这主要是因为它具有逆溶性,一般的无机或有机物质在水中的溶解度是随温度提高而增加的,但是聚合物在低温可溶于水,而温度高于一定值后,聚合物反而从水中析出;因此,当赤热铝型材淬入聚合物水溶剂中时,与型材表面接触的液体迅速升温到逆溶温度以上,聚合物立即从水中离析出来附着铝型材表面,形成一层均匀连续的液态隔离膜,只有当铝型材冷却到逆溶温度以下时,聚合物重新溶入水中,隔离膜才逐渐消失;由于隔离膜的形成与型材表面状态无关,从而消除了因表面粗糙度和几何形状差异而造成的不均匀冷却,这样使铝型材内部的残余应力显著降低,达到低变形或无变形淬火;
从国内一些工厂实际应用的情况来看,对铝型材钣金采用聚合物水溶液淬火,可减少矫形工作量50%~60%;铝板淬火变形主要是鼓肚和扭曲,前者是因气膜破裂和气泡冲击造成的,扭曲则与冷却不均匀产生的热应力有直接的关系,聚合物淬火剂在控制这两方面均有成效;
与水相比,用聚合物作淬火剂的缺点是成本较高,批量生产中要考虑淬火剂的浓度和温度控制、净化与回收、清洗等问题,但这些问题都不难解决;形状复杂和大型铝型材,水淬不能满足要求时,选用聚合物淬火是适宜的;对黑色金属型材,此淬火剂同样可以应用;
消除铝型材内部的残余应力的另一个办法是,淬火后使铝型材承受一定量的塑性变形,既可以是拉伸变形也可以是压缩变形,变形量为1%~5%,在变形过程中残余应力因铝型材变形松弛而得以减小;这种办法已经列入材料标准,如美国铝型材的T651状态表示淬火后拉伸变形1%~3%,随后进行人工时效;T652状态表示压缩变形,变形量为1%~5%;此法对形状复杂的模锻件应用有困难;对大截面型材及厚板,也需要大型拉伸机才能使型材变形;
铝型材的热处理变形开裂还与型材外形尺寸设计是否合理,热处理操作是否正确有关;形状复杂零件的装炉方式、加热速度及淬火方法均需特别注意,应选择专用夹具或底盘,降低加热速度,一件小变形;
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