复杂截面6xxx铝型材在线淬火实验及数值模拟

摘要

在线淬火工艺是复杂截面铝合金型材生产的一个重要环节，对型材产品性能的影响较大，特别是在淬火敏感区间，由于复杂型材各部分冷速率不均，使合金组织不均匀，产生弯、翘、扭等变形，降低型材成品率。
　　本文通过铝合金末端淬火实验得到6061、6063铝合金强风及不同喷水流量下的冷却曲线，以数值计算方法求得相应表面换热系数，并结合ABAQUS仿真软件，对不同合金、不同流量型材的在线淬火过程进行了数值模拟，结果表明:
　　1)无论是强风淬火还是喷水淬火方式下，试样的冷却规律符合一维传热模型，越接近淬火端面区域冷却速率越大，6061与6063铝合金的冷却规律相似，且在相同淬火条件下，6063铝合金的冷却速率相对较大。
　　2)合金表面换热系数与端面温度呈非线性关系，在淬火开始阶段随着表面温度的降低，换热系数呈增大趋势;喷水淬火表面换热系数值比强风淬火表面换热系数大很多。
　　3)两种合金同型材在相同淬火条件下冷却规律基本一致;型材在冷却过程中，整体温度梯度呈先增大后减小的趋势，淬火过程中的最大温差都大于100℃。6063铝合金型材的平均冷却速率明显大于6061铝合金型材，但6061铝合金型材淬火产生的热应力较大。
　　4)强风淬火方式温度下降最稳定，温度梯度最小，但是冷却速率过低，喷水流量0.64m3/h时冷却速率最大，但温度下降最不稳定，喷水流量为0.2m3/h、0.32m3/h时，冷却速率较大，且温度下降相对平稳。强风淬火时高温应力峰值最小，且应力变化最平稳，喷水流量为0.2m3/h和0.64m3/h时产生的高温应力峰值比0.32m3/h流量淬火大。
　　5)喷水流量的增大可以有效提高型材整体的冷却速率，通过对比各喷水流量下型材淬火模拟结果，确定了型材P1淬火最优喷水流量为0.32m3/h。
　　6)淬火实验与仿真模拟结合所得的型材冷却规律与实际生产较吻合，说明了计算所得换热系数的正确性和数值模拟的有效性，对于型材生产工艺的制定和淬火残余应力的消除都具有一定的指导意义。