Alterungsofen für Aluminium
Es ist bekannt, wie wäre es mit 60-70 % gedrückt Aluminiumprofile auf der ganzen Welt werden aus Legierungen der 6xxx-Serie hergestellt, meist, aus Legierungen 6060, 6063, 6061 und 6005A. Diese Aluminiumlegierungen sind thermisch härtbar. Das heisst, dass sie die Fähigkeit haben, Magnesiumsilizid in einer festen Lösung von Aluminium als Ergebnis einer schnellen Abkühlung in einer Presse zurückzuhalten, und isolieren Sie es dann unter kontrollierten Bedingungen eines Alterungsofens bei erhöhter Temperatur. Dieser Mechanismus wird als „Alterungshärtung“ bezeichnet., und die technologische Operation selbst ist künstliches Altern. Während der künstlichen Alterung erhalten Aluminiumprofile aus Legierungen der Serie 6xxx die angegebenen Festigkeitseigenschaften - Zugfestigkeit, plastische Grenze und Dehnung.
Natürliches Altern
Das Verfahren zur Isolierung von Magnesiumsilicid aus einer festen Lösung von Aluminium ist sehr komplex.. Es umfasst die Zuordnung und das Wachstum von Clustern, die die Bewegung von Versetzungen behindern, was für eine Aushärtung des Materials sorgt. Härten von Profilen aus der Temperatur eines separaten Ofens Erhitzen in speziellen Tanks mit Wasser (Zustand T6), die nach dem Abschrecken bei Raumtemperatur reifen gelassen werden, allmählich Stärke im Laufe der Zeit aus 100 zu 500 Std. Dieser Prozess wird als natürliches Altern bezeichnet.. das in der Legierung der 6xxx-Reihe enthalten ist 6060 Bei einem Mindestgehalt an Magnesium und Silizium kann dieser Prozess mehrere Monate andauern. Daher ist der natürliche Alterungsprozess aufgrund der Verzögerung bei der Lieferung von Produkten etwas unpraktisch.. Gleichzeitig, Profile im Zustand T4 haben eine erhöhte Duktilität. Daher gilt dieser Zustand, z.B, für Profile, was flexibel sein wird.
Künstliche Alterung
Der Alterungsprozess von Aluminiumlegierungen ist viel schneller bei erhöhten Temperaturen.. Dadurch wird in der Regel eine höhere Festigkeit erreicht., als natürliches Altern.
Die künstliche Alterung von Profilen aus Legierungen der Serie 6xxx umfasst das Erhitzen auf eine Temperatur von ca 180 ºС und mehrere Stunden Exposition, in der Regel, 4-5.
Eine solche Bearbeitung von Aluminiumprofilen sorgt für eine beschleunigte Diffusion von im Aluminium gelösten Silizium- und Magnesiumatomen in Richtung der Profile, in dem die Ausscheidung von intermetallischen Mg-Partikeln beginnt2Und. Gleichzeitig verformt sich das sie umgebende Kristallgitter elastisch, da diese Auswahl nicht ganz hineinpasst. All dies schafft Hindernisse für die Bewegung von Versetzungen., die versuchen, diese Abschnitte zu passieren. Das Ergebnis ist eine Erhöhung der Streckgrenze und der Zugfestigkeit der Legierung.
Wenn die Aluminiumlegierung zu lange bei erhöhten Temperaturen gehalten wird, dann wachsen diese Teilchen, und einige von ihnen werden verschwinden, und die Streckgrenze der Legierung nimmt ab. In diesem Fall sagen sie, dass die Aluminiumlegierung einen überalterten Zustand hat (Abb 1).
Bild 1 – Einfluss der Dauer der künstlichen Alterung
zur Mikrostruktur und Festigkeit von Aluminiumlegierungen [1]
Auf dem Bild 2 die Abhängigkeit der Festigkeit von Legierungsprofilen wird dargestellt 6063 während der künstlichen Alterung bei unterschiedlichen Temperaturen aus 170 zu 245 ºS. Das Stärkeniveau hängt von beiden Temperaturen ab, und von der Dauer der Exposition damit. Ein typischer Prozess zum Altern von Legierungsprofilen 6063 ist die Exposition im Alterungsofen bei einer Temperatur 185 ºС während 4-5 Std.
Bild 2 – Einfluss von Temperatur und Aufheizzeit
auf das Festigkeitsniveau von Legierungsprofilen 6063 [1]
Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist 1 und 2 Der Prozess der künstlichen Alterung erfordert die Verarbeitung von Profilen bei der genauen Temperatur für eine bestimmte Zeit für jede spezifische Aluminiumlegierung. Wenn sich die Temperatur der Profile im Alterungsofen erheblich unterscheidet - über die Länge, Ofenbreite und -höhe, dann sind die Festigkeitseigenschaften der Profile im Käfig unterschiedlich. Typischerweise beträgt die zulässige Temperaturabweichung der Profile zum Einbrennen in den Ofen ± 3 ºS.
Alterungsofengerät
Alterungsöfen können entsprechend den Anforderungen einer bestimmten Produktion unterschiedlich gestaltet sein.
Die meisten Öfen haben die folgenden Hauptstrukturelemente:
- Arbeitskammer
- Luftzirkulationssystem
- Ein oder zwei Umluftventilatoren.
- Gasbrennkammer und Luftheizung.
- Gasbrenner und sein Steuersystem.
Direkte oder indirekte Heizung
Die meisten Alterungsöfen werden direkt beheizt. Das heisst, dass die Verbrennungsprodukte des Gases mit der Umluft vermischt werden.
Wenn indirekt – indirekt – Beim Erhitzen verbrennt das Gas in einem speziellen Strahlrohr und gelangt in den Schornstein. Die Umluft strömt an der Mantelfläche des Strahlrohres entlang und wird durch Strahlung und Konvektion erwärmt.. Die indirekte Erwärmung beseitigt den Kontakt der Oberfläche der Profile mit Verbrennungsprodukten, braucht aber mehr Gas.
Längs- oder Querluftstrom
Bei den meisten Ausführungen von Alterungsöfen wird heiße Luft entlang des Profilkäfigs geblasen (Abb 3). Gleichzeitig, es gibt Gestaltungsmöglichkeiten für Öfen mit Querlufteinblasung (Bild 4).
Bild 3 – Alterungsofen mit Luftlängsströmung [2]
Bild 4 – Querstrom-Alterungsofen [2]
Theoretisch können querbelüftete Öfen eine bessere Temperaturgleichmäßigkeit über die Profile hinweg bieten., haben aber einen geringeren thermischen Wirkungsgrad [2].
Die Temperaturgleichmäßigkeit in Profilen ist stark abhängig von der Art des Käfigs und der Dichte der Profile.. Die Wärmeübertragung von heißer Luft auf die Profile erfolgt hauptsächlich durch Konvektion. Daher ist ein maximaler Kontakt zwischen der Oberfläche der Profile und der zirkulierenden Heißluft wichtig..
Ofenlänge: Effizienz und Gleichmäßigkeit
Der thermische Wirkungsgrad des Alterungsofens steigt mit seiner Länge. aber, leider, Mit zunehmender Länge des Ofens verschlechtert sich die Gleichmäßigkeit der Chargentemperatur. Daher ist die optimale Ofenlänge ein Kompromiss zwischen diesen beiden Faktoren.. Typischerweise werden Öfen in der Länge von untergebracht 1 oder 2 Körbe, vier Körbe lang sind Öfen. Die Länge jedes Korbes beträgt ca. 7 Meter. Bei langen Öfen sind mehrere Heizzonen und Luftumwälzung vorgesehen.
Moderner Alterungsofen
Ein Beispiel für einen modernen Alterungsofen ist der doppelt lange Alterungsofen des Unternehmens. Tecalex [3] (Abbildung 5).
Bild 5 – Ofenalterungsunternehmen Tecalex [3]
Die Umluft wird nach dem Direktheizprinzip erwärmt.. Dies verleiht dem Ofen einen maximalen thermischen Wirkungsgrad.. Gasbrenner in der Brennkammer eingebaut, der vom Arbeitsraum getrennt ist. Ein durchdachtes Design und hochwertige Materialien zur Wärmedämmung verleihen diesem Ofen einen sehr niedrigen Energieverbrauch.. Das Funktionsprinzip des Ofens basiert auf der Zirkulation heißer Luft in Längsrichtung.
Körbe mit Profilen werden mittels angetriebener Rollen im Hallen- und Ofenboden bewegt. Die Temperatur in der Arbeitskammer des Ofens wird durch sechs Thermoelemente geregelt, in verschiedenen Bereichen installiert.
Am Ofen sind zwei Zentrifugalturbinen installiert, die für eine gute Wärmeübertragung vom Heißluftstrom über den gesamten Profilkäfig sorgen. Dies ergibt eine gute Temperaturgleichmäßigkeit über die Ladung und, daher, gleiche Stärke (Härte) für alle Ladungsprofile.
Die Ofentüren sind mit einer Reihe von Deflektoren ausgestattet, die dazu beitragen, heiße Luft gleichmäßig über den Abschnitt des Käfigs zu verteilen und sie effizient zum Heizen zurückzugeben.
Richtig Wird geladen die durch Erhitzen in einem speziellen Ofen hergestellt wird
Wenn die heiße Luft im Alterungsofen einen Weg um die Käfigprofile herum findet, dann wird die Wärmeübertragung aus der Luft reduziert, Heizzyklus wird länger, Gasverbrauch steigt, und die Temperaturgleichmäßigkeit im Käfig verschlechtert sich. Daher besteht der Hauptzweck der Beschickung des Alterungsofens darin, den maximalen Durchgang des Luftstroms durch die Profilladung zu gewährleisten.. Ein Beispiel für eine normale dichte Charge in einem Alterungsofen ist in der Abbildung dargestellt. 6.
Bild 6 – Normaldichte Beschickung von Profilen im Alterungsofen [3]
Bei nicht voll beladenem Ofen - unvollständige Körbezahl oder unvollständige Körbe - entstehen im Ofenteil freie Durchgänge für Heißluft. In diesem Fall gelangt fast keine heiße Luft zwischen die Profile und die Effizienz ihrer Erwärmung wird erheblich verringert (Abb. 7). Zur effektiven Bearbeitung unvollständiger Körbe ist in der Regel ein System spezieller Abweiser vorgesehen., die die Luft über den unvollständigen Käfig leiten.
Bild 7 – Zirkulation heißer Luft bei nicht voll beladenem Alterungsofen [1]
Außerdem, Beim Beladen des Alterungsofens sollten die massivsten Chargenprofile so platziert werden, damit sie die heißeste Luft "bekommen".. Massive Profile erfordern möglicherweise eine längere Aufwärmphase, daher trägt diese Beschickungsart zum Temperaturausgleich der Profile im Arbeitsraum des Ofens bei.
Quellen:
- R.W. Hains Präzipitationsalterung – Aluminium-Strangpresstechnik Seminar, Chicago, 1977
- Al Kennedy Age Ovens //Das Wartungshandbuch für Extrusionspressen, 2004
- Firma Tecalex (Spanien).
