Aluminium-ExtrusionsausrüstungAktualisiert

Alterungsöfen aus Aluminium

Die künstliche Alterung von Profilen aus Aluminiumlegierungen der Serie 6xxx umfasst das Erhitzen in Alterungsöfen auf eine Temperatur von ca 180 ºС und hält es mehrere Stunden lang, meistens 4-5.

Verhärtung durch Alterung

Die meisten extrudierten Aluminiumprofile

Es ist bekannt, dass der Großteil der weltweit extrudierten Aluminiumprofile aus Legierungen der 6xxx-Serie hergestellt wird, hauptsächlich aus Legierungen 6060, 6063, 6061 und 6005A.

Diese Aluminiumlegierungen sind wärmehärtbar. Das bedeutet, dass:

  • Sie haben die Fähigkeit, Magnesiumsilizid durch schnelles Abkühlen in der Presse in einer festen Aluminiumlösung zurückzuhalten, und
  • Anschließend wird es unter kontrollierten Bedingungen erhöhter Temperatur in einem Alterungsofen freigesetzt.

Dieser Mechanismus wird als „Verhärtung durch Alterung“ bezeichnet., und der technologische Vorgang selbst ist künstliches Altern. Während der künstlichen Alterung, Aluminiumprofile aus Legierungen der Serie 6xxx erhalten spezifizierte Festigkeitseigenschaften – Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnung.

Natürliche Alterung

Der Prozess der Ausfällung von Magnesiumsilizid aus einer festen Aluminiumlösung ist sehr komplex. Dabei kommt es zur Bildung und zum Wachstum von Clustern, die die Bewegung von Versetzungen behindern, was die Festigkeit des Materials gewährleistet.

Legierungen der 6xxx-Serie, die nach dem Abschrecken bei Raumtemperatur ruhen gelassen werden, Sie gewinnen im Laufe der Zeit allmählich an Stärke 100 zu 500 Std.. Dieser Vorgang wird als natürliche Alterung bezeichnet. Für 6060 Legierung, das einen minimalen Magnesium- und Siliziumgehalt aufweist, Dieser Vorgang kann mehrere Monate dauern. Deswegen, Der natürliche Alterungsprozess ist aufgrund von Verzögerungen bei der Produktlieferung etwas unpraktisch. Gleichzeitig, Profile im T4-Zustand weisen eine erhöhte Duktilität auf. Deswegen, Diese Bedingung wird verwendet, Zum Beispiel, für Profile, die einer Biegung ausgesetzt sind.

Künstliches Altern

Der Alterungsprozess von Aluminiumlegierungen läuft bei erhöhten Temperaturen viel schneller ab. Dadurch wird in der Regel eine höhere Festigkeit erreicht als bei der natürlichen Alterung.

Die künstliche Alterung von Profilen aus Legierungen der 6xxx-Serie umfasst das Erhitzen auf eine Temperatur von ca 180 ºС und hält es mehrere Stunden lang, meistens 4-5.

Diese Behandlung von Aluminiumprofilen sorgt für eine beschleunigte Diffusion der im Aluminium gelösten Silizium- und Magnesiumatome in Richtung der Bereiche, in denen die Freisetzung intermetallischer Mg2Si-Partikel beginnt. Gleichzeitig, Das sie umgebende Kristallgitter unterliegt einer elastischen Verformung, da diese Niederschläge nicht ganz hineinpassen. All dies schafft Hindernisse für die Bewegung von Versetzungen, die versuchen, durch diese Bereiche zu gelangen. Infolge, Streckgrenze und Zugfestigkeit der Legierung steigen.

Wenn eine Aluminiumlegierung zu lange bei erhöhten Temperaturen gehalten wird, Diese Partikel werden wachsen und einige werden verschwinden, und die Streckgrenze der Legierung nimmt ab. In diesem Fall, Die Aluminiumlegierung soll sich in einem überalterten Zustand befinden (Abbildung 1).

Abbildung 1 – Einfluss der Dauer der künstlichen Alterung
zur Mikrostruktur und Festigkeit von Aluminiumlegierungen [1]

Abbildung 2 zeigt die Abhängigkeit der Festigkeit von Profilen aus Legierung 6063 während der künstlichen Alterung bei verschiedenen Temperaturen aus 170 zu 245 ºS. Die Stärke hängt sowohl von der Temperatur als auch von der Dauer der Einwirkung ab. Der typische Alterungsprozess für 6063 Legierungsprofile werden in einem Alterungsofen bei 185 °C gealtert 4-5 Std..

Abbildung 2 – Einfluss von Zeit und Temperatur der Niederschlagsalterung auf die
Streckgrenze und Zugfestigkeit von AA6063 [1]

Design des Alterungsofens

Aluminium-Alterungsöfen können je nach den Anforderungen einer bestimmten Produktion unterschiedlich gestaltet sein.

Die meisten Öfen haben die folgenden grundlegenden Strukturelemente:

  • Arbeitskammer
  • Luftzirkulationssystem
  • Ein oder zwei Umluftventilatoren.
  • Gasverbrennungs- und Luftheizkammer.
  • Gasbrenner und sein Steuersystem.
    Direkte oder indirekte Heizung

Die meisten Reifeöfen werden direkt befeuert. Dabei werden Gasverbrennungsprodukte mit der Umluft vermischt.

Mit indirekter Heizung, Das Gas verbrennt in einem speziellen Strahlungsrohr und gelangt in den Schornstein nach draußen. Die zirkulierende Luft strömt entlang der Außenfläche des Strahlrohrs und wird durch Strahlung und Konvektion erwärmt. Die indirekte Erwärmung verhindert den Kontakt der Oberfläche der Profile mit Verbrennungsprodukten, erfordert aber einen erhöhten Gasverbrauch.

Längs- oder Querluftströmung

In den meisten Alterungsofenkonstruktionen, Heiße Luft wird entlang der Länge der Profilladung geblasen (Abbildung 3). Gleichzeitig, Für Öfen mit Querluft gibt es Gestaltungsmöglichkeiten (Abb 4).

Abbildung 3 – Alterungsofen mit Längsluftströmung [2]

Abbildung 4 – Alterungsofen mit Querstromluft [2]

Theoretisch, Öfen mit Querluftluft können eine bessere Temperaturgleichmäßigkeit über alle Profile hinweg gewährleisten, haben aber einen geringeren thermischen Wirkungsgrad [2].

Die Gleichmäßigkeit der Temperatur über die Profillast hängt stark von der Art der Packung und der Packungsdichte ab. Die Wärmeübertragung von Heißluft auf Profile erfolgt hauptsächlich durch Konvektion. Deswegen, Wichtig ist ein maximaler Kontakt zwischen der Oberfläche der Profile und der zirkulierenden Heißluft.

Ofenlänge: Effizienz und Gleichmäßigkeit

Der thermische Wirkungsgrad eines Alterungsofens steigt mit seiner Länge. Jedoch, Leider, mit zunehmender Ofenlänge, die Temperaturgleichmäßigkeit der Ladung verschlechtert sich. Deswegen, Die optimale Ofenlänge ist ein Kompromiss zwischen diesen beiden Faktoren. Typisch, Öfen bieten Platz 1 oder 2 Körbe lang; Es gibt Öfen mit einer Länge von vier Körben. Die Länge jedes Korbes beträgt ca 7 Meter. Für lange Öfen, Es sind mehrere Heiz- und Luftzirkulationszonen vorhanden.

Moderner Alterungsofen

Ein Beispiel für einen modernen Alterungsofen ist der Doppellängen-Alterungsofen (Abbildung 5).

Abbildung 5 – Ein Alterungsofen

Die Umluft wird im Direktheizprinzip erwärmt. Dadurch erreicht der Ofen einen maximalen thermischen Wirkungsgrad. Der Gasbrenner ist in einer Brennkammer eingebaut, der vom Arbeitsraum getrennt ist. Durchdachtes Design und hochwertige Wärmedämmstoffe sorgen für einen sehr geringen Energieverbrauch dieses Ofens. Das Funktionsprinzip des Ofens basiert auf der Zirkulation heißer Luft in Längsrichtung.

Körbe mit Profilen werden über Antriebsrollen im Boden der Werkstatt und des Ofens bewegt. Die Temperatur im Arbeitsraum des Ofens wird durch sechs Thermoelemente geregelt, die in verschiedenen Zonen installiert sind.

Der Ofen ist mit zwei Zentrifugalturbinen ausgestattet, die eine gute Wärmeübertragung des Heißluftstroms über den gesamten Querschnitt der Profilbeschickung gewährleisten. Dies sorgt für eine gute Temperaturgleichmäßigkeit über die gesamte Ladung hinweg und somit für die gleiche Festigkeit (Härte) aller geladenen Profile.

Die Ofentüren sind mit einer Reihe von Deflektoren ausgestattet, die dazu beitragen, die heiße Luft gleichmäßig über den Querschnitt des Käfigs zu verteilen und sie effektiv zum Erhitzen zurückzuführen.

Korrekte Beladung des Alterungsofens

Wenn die heiße Luft im Alterungsofen einen Weg findet, die Profilbeschickung zu umgehen, dann nimmt die Wärmeübertragung aus der Luft ab, der Heizzyklus wird länger, Der Gasverbrauch steigt, und die Temperaturgleichmäßigkeit während des Ladevorgangs verschlechtert sich. Deswegen, Der Hauptzweck der Beschickung des Alterungsofens besteht darin, einen maximalen Luftstrom durch die Beschickung der Profile sicherzustellen. Ein Beispiel für eine normale dichte Packung in einem Alterungsofen ist in der Abbildung dargestellt 6.

Abbildung 6 – Normale dichte Beladung von Profilen in einen Alterungsofen

Wenn der Ofen nicht vollständig beladen ist – eine unvollständige Anzahl von Körben oder unvollständige Körbe – Im Querschnitt des Ofens entstehen freie Durchgänge für Heißluft. In diesem Fall, Heiße Luft gelangt fast nicht zwischen die Profile und die Effizienz ihrer Erwärmung wird erheblich verringert (Abbildung 7). Zur wirksamen Behandlung unvollständiger Käfige, Normalerweise ist ein System spezieller Deflektoren vorgesehen, das die Luft durch den unvollständigen Käfig leitet.

Abbildung 7 – Heißluftzirkulation bei nicht voll beladenem Alterungsofen [1]

Zusätzlich, beim Beschicken des Alterungsofens, Die massivsten Ladungsprofile müssen so positioniert werden, dass sie die heißeste Luft „bekommen“.. Massive Profile erfordern möglicherweise eine längere Erwärmung, Daher trägt diese Beladungsmethode dazu bei, die Temperatur der Profile in der Arbeitskammer des Ofens auszugleichen.

Quellen:

  1. R.W. Hains Präzipitationsalterung – Aluminium-Strangpresstechnik Seminar, Chicago, 1977
  2. Al Kennedy Age Ovens //Das Wartungshandbuch für Extrusionspressen, 2004