一种铝合金材料回归时效热处理用组合式时效炉的制作方法

1.本发明涉及铝合金热处理设备技术领域，尤其涉及一种铝锌镁7系铝合金材料的回归热处理设备。


背景技术：

2.随着工业应用铝型材的快速增加，对于材料的力学性能要求也在逐步提升，特别是针对汽车零配件及航空航天领域，为了提升最终产品的轻量化程度，往往需求更高强度的铝合金制品。相较传统的6系铝合金材料，铝锌镁7系铝合金因为其更高的力学性能而更受这些领域的青睐。
3.但是，由于7系铝合金内部的强化相数量多，很容易在成品材料的内部晶界上形成连续的腐蚀通道，造成材料的耐腐蚀性较6系铝合金明显偏低，以至于制约了其应用场景。
4.对于铝材行业从业者，一直都希望通过一些处理方式在尽可能保留7系铝合金材料强度的基础上，提升其耐腐蚀性能，从而扩宽其应用范围。回归热处理方式就是一种可以达到上述目标的一种处理方式。
5.7系合金所使用的回归处理是指：在对材料先进行一段时间中低温度的人工时效后，快速升温到约200℃保温2-15分钟，使材料内晶界上的析出相快速粗化，从而阻断腐蚀通道，同时高温可以促进晶内部分相回溶，通过回归后降温进行二次时效再次提升材料的力学性能。最终达到力学性能不变或稍微下降，耐腐蚀性能大幅提升的效果。
6.然而，虽然回归热处理方式的效果优良，但是对于常规的热处理炉都难以做到短时间内的快速升温、保温、降温，这也导致回归热处理方式仍无法快速推广使用。


技术实现要素：

7.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种升温速度快的铝合金材料回归时效热处理用组合式时效炉。
8.为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。
9.一种铝合金材料回归时效热处理用组合式时效炉，其特征在于，包括：炉体，所述炉体由组装在一起的若干个中低温时效炉、一个高温回归处理炉和一个中转炉构成， 各所述中低温时效炉上分别设有两个通道，一个通道用于进出铝合金材料，另一个通道用于连通所述中转炉，所述高温回归处理炉上设有一个通道，用于连通通所述中转炉；若干自动炉门，分别设置在相应的所述通道上，用来实现各所述通道的启闭；若干加热装置，分别设置在相应的炉体内，用来实现各所述炉体的单独加热；材料输送机构，用来实现待时效处理的材料在不同炉体内流转；强冷装置，设置在所述中转炉上，用来实现中转炉内的快速冷却；控制装置，与所述自动炉门、所述加热装置、所述材料输送机构连接，用来实现材料的自动转移及时效处理。
10.利用上述组合式时效炉进行时效处理时，待时效处理的铝合金材料依次经中低温时效炉——中转炉——高温回归处理炉——中低温时效炉进行时效处理。
11.更为优选的是，所述中低温时效炉、所述高温回归处理炉和所述中转炉上分别相应的保温层，所述高温回归处理炉的保温层厚度大于所述中低温时效炉的保温层厚度。
12.更为优选的是，在各所述炉体内分别设有相应的内循环风机。
13.更为优选的是，所述加热装置为为围绕炉体四周设置的加热电阻丝；所述强冷装置为强冷风机，用于外部空气引入及内部热气抽离。
14.更为优选的是，所述强冷风机为变频风机，通过调整所述强冷风机的功率来实现不同的回归处理后冷却速度。
15.更为优选的是，所述材料输送机构包括设置在各所述炉体内的金属辊棒输送机构，以及用于驱使相应的所述金属辊棒输送机构运转的动力机构；所述动力机构设置在所述炉体外。
16.更为优选的是，在各所述炉体内设有与所述控制装置连接的测温设备，在所述控制装置上设有用于显示各所述炉体内温度的显示设备。
17.更为优选的是，各所述中低温时效炉上的加热装置的功率可调，不同的所述中低温时效炉具有不同的炉内温度，利用上述组合式时效炉进行时效处理时，还包括：使待时效处理的铝合金材料重复进出所述中转炉，进而使待时效处理的铝合金材料在不同的所述中低温时效炉内进行中低温时效处理。
18.更为优选的是，所述中转炉上的加热装置的功率可调，待时效处理的铝合金材料在从所述中转炉流转进入所述高温回归处理炉时，通过设定所述中转炉内加温温度来实现提前预热。
19.更为优选的是，所述高温回归处理炉上的加热装置的功率可调，通过提高所述高温回归处理炉内的空炉保温温度来加快回归处理时材料的升温速度。
20.本发明的有益效果是：通过将若干中低温时效炉与一个高温回归处理炉和一个中转炉构成组合在一起，并结合相应的自动炉门、加热装置、材料输送机构、强冷装置和控制装置，可以实现铝合金材料在时效处理过程中的快速升温、降温过程，完全能够满足铝合金材料回归时效热处理工艺要求；同时，通过控制铝合金材料在不同的炉体内流转，可以完成各类复杂时效工艺的生产，包括一级时效、二级时效、三级时效、四级时效等等。
附图说明
21.图1所示为本发明提供的组合式时效炉的炉体结构示意图。
22.图2所示为自动炉门的结构示意图。
23.图3所示为加热装置的结构示意图。
24.图4所示为材料输送机构的结构示意图。
25.图5所示为另一材料输送机构的结构示意图。
26.图6所示为强冷装置的结构示意图。
27.图7所示为本发明提供的组合式时效炉的控制结构框图。
28.图8所示为本发明提供的组合式时效炉的时效处理流程图。
29.附图标记说明。
30.1：炉体，2：自动炉门，3：加热装置，4：材料输送机构，5：强冷装置，6：控制装置，7：测温设备，8：内循环风机。
31.1-1：中低温时效炉，1-2：高温回归处理炉，1-3：中转炉。
32.2-1：门体，2-2：动力机构。
33.4-1：金属辊棒输送机构，4-2动力机构。
34.4-2-1：驱动气缸，4-2-2：升降气缸。
具体实施方式
35.在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向
”ꢀ
、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
36.此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
37.在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
38.在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征
ꢀ“
之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
39.下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
40.本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
41.结合图1-图7所示，一种铝合金材料回归时效热处理用组合式时效炉，包括炉体1、自动炉门2、加热装置3、材料输送机构4、强冷装置5和控制装置6。
42.如图1所示，所述炉体1由组装在一起的若干个中低温时效炉1-1、一个高温回归处理炉1-2和一个中转炉1-3构成， 各所述中低温时效炉1-1上分别设有两个通道，一个通道用于进出铝合金材料，另一个通道用于连通所述中转炉1-2，所述高温回归处理炉1-3上设有一个通道，用于连通通所述中转炉1-3。
43.需要说明的是，所述中低温时效炉1-1、所述高温回归处理炉1-2和所述中转炉1-3可以为一体成型结构，也可以为单个分立件，通过后续组装工序组装在一起。
44.本实施例中，优选各所述中低温时效炉1-1、所述高温回归处理炉1-2和所述中转
炉1-3为单个分立件。所述中低温时效炉1-1的数量为七个，与所述高温回归处理炉1-2一起平均分布在所述中转炉1-3的两侧、并呈上下排布。即，在中转炉1-3的一侧设有上下排布的四个中低温时效炉1-1，在中转炉1-3的另一侧设有上下排布的三个中低温时效炉1-1和一个高温回归处理炉1-2。
45.本实施例中，中低温时效炉1-1和高温回归处理炉1-2的形状、大小一致，均为长方体结构。中低温时效炉1-1的炉体长不超过4米，宽不超过2米，高度不超过2米，总内部体积小于15立方米；以能够满足温度均匀性与升温、降温速度要求、以及载货车的装载要求。
46.在其他实施例中，中低温时效炉1-1数量根据实际需要确定，可以是一个、两个、三个或者其他数量； 不限于本实施例。
47.本实施例中，所述中低温时效炉1-1、所述高温回归处理炉1-2和所述中转炉1-3上分别相应的保温层（如保温棉层），以确保不同炉体可以有不同的炉内温度。优选所述高温回归处理炉1-2较普通中低温时效炉1-1其保温棉层更厚，内部需采用耐300℃以上的耐高温材料，避免高温使用损坏。
48.结合图2所示，所述自动炉门2与所述炉体1上的通道一一对应设置，用来实现各所述通道的启闭。所述自动炉门2包括门体2-1和驱动所述门体2-1的动力机构2-2。
49.本实施例中，优选在所述门体2-1上同样设有保温层，优选所述动力机构2-2为气缸，所述气缸的气缸轴与所述门体2-1连接。特别地，为避免不同门体2-1启闭时发生干扰，优选与不同门体2-1连接的气缸轴具有一定的错位量。
50.本实施例中，各门体2-1的启闭均为升降启闭，最大限度地减少炉门开合时对炉内空间的占用；动力机构2-2设置在炉体1的外部，不受炉内高温影响。为保证门体2-1的启闭顺畅，优选在所述门体2-1和所述炉体1上设有相互配合的滑轨机构。
51.需要说明的是，门体2-1的具体启闭方式、以及动力机构2-2的具体选择不局限于以上举例的升降启闭和气缸驱动，任何现有已知的或将来能够实现的其他门体启闭方式及动力机构均为本发明的保护范围。
52.结合图3所示，所述加热装置3与不同的炉体一一对应设置，用来实现各所述炉体的单独加热。
53.本实施例中，优选所述加热装置3为围绕各炉体四周设置的加热电阻丝，加热均匀性好，调温速度快。工作时，通过调节各加热电阻丝的功率即可十分方便的调节各炉体的炉内温度。
54.结合图4、图5所示，所述材料输送机构4用来实现待时效处理的材料在不同炉体内流转，包括设置在各所述炉体内的金属辊棒输送机构4-1，以及用于驱使所述金属辊棒输送机构4-1运转的动力机构4-2。所述动力机构4-2设置在炉体1外，以避免炉内高温影响。
55.本实施例中，优选所述动力机构4-2为气缸。其中，位于中低温时效炉1-1和高温回归处理炉1-2上的材料输送机构4如图4所示，只有一个驱动金属辊棒输送机构4-1运动的驱动气缸4-2-1。而位于中转炉1-3上的材料输送机构4如图5所示，具有一个驱动气缸4-2-1和一个升降气缸4-2-2，通过升降气缸4-2-2来驱使金属辊棒输送机构4-1进行升降，以便与不同的中低温时效炉1-1、高温回归处理炉1-2配合。在升降气缸4-2-2驱使金属辊棒输送机构4-1进行升降的过程中，相应的驱动气缸4-2-1为自由状态，不对外输出作用力，以避免金属辊棒输送机构4-1的意外运转。
56.需要说明的是，材料输送机构4的具体结构设计，还可以采用现有已知的或将来能够实现的其他结构，如机械手等等；只要能够实现物料在不同炉体内运转即可；不局限于本实施例。
57.结合图6所示，所述强冷装置5优选为强冷风机，设置在所述中转炉1-3上，用来实现中转炉内的快速冷却。相应的，在所述中转炉1-3上设有进气口和排气口，用于外部空气引入及内部热气抽离。在进气口和排气口上分别设有单向阀，使气流只能沿着设定的方向流动，避免气流倒灌影响保温、降温效果。
58.显然，强冷装置5不局限于以上举例的强冷风机，能实现中转炉1-3快速降温的任何现有已知的或将来能够实现的强冷装置均为本发明的保护范围。
59.结合图7所示，所述控制装置6与所述自动炉门2、所述加热装置3、所述材料输送机构4连接，用来实现材料的自动转移及时效处理。在各所述炉体内还设有与所述控制装置6连接的测温设备7，在所述控制装置6上设有用于显示各所述炉体内温度的显示设备。这样，可以根据实际需要十分方便的调节不同炉体的炉内温度。
60.特别地，为确保各炉体的炉内温度均匀性，优选在各所述炉体内分别设有相应的内循环风机8。所述内循环风机8也与所述控制装置6连接，控制结构简单。
61.需要说明的是，控制装置6可以选用现有的plc控制器等，测温设备7可以选用现有已知的温度传感器等；通过简单编程即可实现材料在不同炉体内的自动转移、以及实现不同的时效处理工艺。至于控制装置6的外围电路设计、以及其与其他部件的连接电路设计，均为本领域技术人员所掌握的普通技术知识，这里不再详细赘述。
62.结合图8所示，利用上述组合式时效炉进行时效处理时，待时效处理的铝合金材料依次经中低温时效炉——中转炉——高温回归处理炉——中低温时效炉进行时效处理。
63.具体时效处理过程如下。
64.1）将需要进行时效处理的材料先沿着箭头方向进入中低温时效炉1-1，然后在中低温时效炉1-1内进行第一次人工时效。
[0065] 2）第一次人工时效完成后，中低温时效炉1-1靠近中转炉1-3的炉门打开，材料沿箭头方向移动进入中转炉1-3，此时中转炉1-3的炉温设定与中低温时效炉1-1的炉温基本一致，保证材料的温度不发生明显变化。
[0066]
3）材料完全进入中转炉1-3后，中低温时效炉1-1靠近中转炉1-3的炉门关闭，材料在中转炉1-3内移动至高温回归处理炉1-2的炉门区域，此时高温回归处理炉1-2内的炉温已经升至回归时效需要的温度，打开高温回归处理炉1-2的炉门，材料快速转移至高温回归处理炉1-2内并关闭高温回归处理炉1-2的炉门。
[0067]
4）材料在高温回归处理炉1-2内高温保持需要的时间后，打开高温回归处理炉1-2的炉门，材料沿箭头方向又转移至中转炉1-3内，并关闭高温回归处理炉1-2的炉门，同时打开中转炉1-3内的外部风机，将外部室温空气快速吹入中转炉1-3内，将材料降低到接近时效温度。
[0068]
5）将中低温时效炉1-1靠近中转炉1-3的炉门打开，同时将材料转移至中低温时效炉1-1内进行二次时效处理；材料二次时效时间达到后，沿箭头方向出炉完成整个回归时效工艺。
[0069]
另外需要说明的是，所述强冷风机可以设置为变频风机，通过调整中转炉1-3上强
冷风机的功率可以实现不同的回归处理后冷却速度。通过设定中转炉1-3内加温温度可以实现提前预热的效果，通过提高高温回归处理炉1-2内的空炉保温温度可以加快回归处理时材料的升温速度，从而达到回归热处理快速升温的目的。
[0070]
由于中低温时效炉1-1的数量可以为多个，且多个中低温时效炉1-1的炉内温度可以不同，因此，还可以使待时效处理的铝合金材料重复进出中转炉，并使待时效处理的铝合金材料在不同的中低温时效炉内进行中低温时效处理，从而完成各类复杂时效工艺的生产，包括一级时效、二级时效、三级时效、四级时效、回归时效等等。其中，回归时效处理温度范围为200-230℃，中低温时效处理的温度范围为70-140℃。
[0071]
通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。