專利名稱：一種電致塑性與溫塑性結(jié)合軋制金屬材料的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及金屬材料的軋制技術(shù)，具體是一種電致塑性與溫塑性結(jié)合軋制各類難加工金屬材料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)將電致塑性軋制與溫軋結(jié)合使難加工金屬材料在較低溫下也具備良好的加工塑性，實(shí)現(xiàn)較低溫加工。
背景技術(shù)：
溫軋又稱“中溫軋制”，是一種將變形溫度控制在金屬再結(jié)晶溫度以下、回復(fù)溫度以上的一種軋制方法，它兼有熱軋和冷軋的一些優(yōu)點(diǎn)。與冷軋相比，由于溫軋時(shí)材料的加工硬化得到一定的回復(fù)，材料的屈服強(qiáng)度低、塑性得到改善，并且又沒有熱軋過程中出現(xiàn)表面氧化等缺點(diǎn)，因此得到廣泛的關(guān)注。溫軋一般在冷軋?jiān)O(shè)備上進(jìn)行，溫軋狀態(tài)下材料的延伸率約為冷軋的2-3倍。在進(jìn)入軋制變形區(qū)之前用感應(yīng)加熱器將工件或軋輥加熱到一定溫度， 然后進(jìn)行軋制。對(duì)于一些塑性低、強(qiáng)度高的金屬在經(jīng)過熱軋后，可通過溫軋得到精加工。溫軋適合加工常溫下塑性低、屈服強(qiáng)度高、變形抗力大等不適合冷軋的金屬，或者冷軋生產(chǎn)效率低、軋程多的金屬。但是溫軋過程中不能改變材料內(nèi)部的顯微組織，其原子的擴(kuò)散程度也是有限的，因而溫軋對(duì)金屬的塑性改善還是有限，溫軋每道次的變形量還比較小，并且溫軋還不能替代熱軋。目前鎢、鉬等難加工金屬需經(jīng)熱軋、溫軋、冷軋工序，才能軋到成品所需厚度。鎢及鎢合金在1550-1400°C熱軋后，再經(jīng)過1200-600°C的溫軋，軋制溫度隨軋件厚度的減薄而降低。溫軋共需3個(gè)軋程，在每個(gè)軋程中要有6個(gè)軋制道次，每個(gè)軋程后都需要進(jìn)入熱處理爐進(jìn)行軟化退火處理，最終才能將板坯從8mm軋到0. 5mm。鉬的軋制工序也比較多。這說明在溫軋溫度下材料的道次變形量還較低，加工塑性還需改善。鎂合金的冷變形能力較差，通常需要加熱到250-480°C進(jìn)行熱軋來提高板材的變形能力，并且軋制道次間需要多次反復(fù)回爐加熱來進(jìn)行軟化退火。在熱軋過程中，還存在晶粒長(zhǎng)大、表面容易氧化等缺點(diǎn)。因此在不改變道次變形量的情況下降低軋制溫度也具有重大意義。電致塑性軋制是一種新型的加工技術(shù)，它是在金屬的變形過程中同時(shí)施加脈沖電流，使其加工變形抗力大幅度下降，從而改善金屬的加工性能。脈沖電流使金屬在較低溫度下具有良好塑性變形能力，并能提高加工件的力學(xué)性能、表面質(zhì)量等，且有耗能低、加工效率高等優(yōu)點(diǎn)。電致塑性加工過程中，被加工材料內(nèi)部將同時(shí)產(chǎn)生熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)，在兩者共同作用下，可極大加速原子的擴(kuò)散能力和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度，打開位錯(cuò)的纏結(jié)，并可在很低的溫度和極短的時(shí)間內(nèi)完成再結(jié)晶，實(shí)現(xiàn)改善顯微組織的目的。但是這個(gè)過程既有熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)的相互競(jìng)爭(zhēng)，又有兩者的相互依存，僅憑電脈沖的非熱效應(yīng)無法使樣品達(dá)到很好的加工塑性，只有在熱效應(yīng)達(dá)到一定程度時(shí)，非熱效應(yīng)才能起作用，實(shí)現(xiàn)被加工材料內(nèi)部的組織改善。而以前電致塑性加工過程中，由于軋輥的尺寸大，其體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于被軋制區(qū)的體積，使電致塑性效應(yīng)中的熱效應(yīng)分量急劇下降，未能實(shí)現(xiàn)電致塑性理想的功能。
發(fā)明內(nèi)容足，而電致塑性軋制由于脈沖電流帶來的溫升小使單純的電致塑性軋制難于滿足軋制寬、厚材料等問題，充分利用二者的優(yōu)勢(shì)一即熱效應(yīng)與電效應(yīng)分別帶來的材料變形抗力的下降，本實(shí)用新型提供一種電致塑性與溫塑性結(jié)合軋制金屬材料的系統(tǒng)；其采用適當(dāng)提高軋輥的表面溫度與電塑性效應(yīng)相結(jié)合方式，以共同改善難加工金屬材料內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)形成有利于提高強(qiáng)度和韌(塑)性的組織。本實(shí)用新型的電致塑性與溫塑性結(jié)合軋制金屬材料的系統(tǒng)，包括軋機(jī)，該軋機(jī)具有至少一對(duì)軋輥；軋輥預(yù)熱裝置，用于將軋機(jī)的上、下軋輥預(yù)熱到被加工金屬材料的回復(fù)溫度，且低于該金屬材料的再結(jié)晶溫度的范圍內(nèi)，以對(duì)該金屬材料進(jìn)行溫塑性處理；脈沖電源，提供用于對(duì)該金屬材料電致塑性處理的高能脈沖電流，該高能脈沖電流頻率為100-3000HZ、脈沖寬度為10-200μ8 ；及一對(duì)電接觸裝置，它們與所述軋機(jī)絕緣，分別連接于脈沖電源的兩輸出端子，用于將脈沖電源輸出的高能脈沖電流輸入到該金屬材料的加工段，且該金屬材料的加工段通過已被軋輥預(yù)熱裝置預(yù)熱的所述上、下軋輥實(shí)現(xiàn)電致塑性與溫塑性結(jié)合的軋制。其中，所述軋輥預(yù)熱裝置采用電磁感應(yīng)加熱器、電阻加熱器或紅外加熱器等，通過電磁感應(yīng)或烘烤方式預(yù)熱所述軋輥至100-550°C范圍，并能根據(jù)所述被加工金屬材料的特性進(jìn)行調(diào)整。所述電磁感應(yīng)加熱器包括兩個(gè)帶有熱探頭的圓弧形感應(yīng)加熱板和加熱控制電路， 一個(gè)圓弧形感應(yīng)加熱板安裝在所述上軋輥上側(cè)，該圓弧形感應(yīng)加熱板與所述上軋輥之間用一個(gè)非金屬耐熱隔離墊隔開，相應(yīng)熱探頭和所述上軋輥柱面動(dòng)接觸；另一個(gè)圓弧形感應(yīng)加熱板安裝在所述下軋輥下側(cè)，該圓弧形感應(yīng)加熱板與所述下軋輥之間用另一個(gè)非金屬耐熱隔離墊隔開，相應(yīng)熱探頭和所述下軋輥柱面動(dòng)接觸。所述加熱控制電路包括直流電源、產(chǎn)生300-9000HZ交流信號(hào)的逆變器、連接逆變器輸出的功率放大器以及溫度檢測(cè)控制單元，所述電磁慼應(yīng)加熱板中的感應(yīng)線圈由功率放大器驅(qū)動(dòng)，溫度檢測(cè)控制單元用于通過所述熱探頭檢測(cè)所述上、下軋輥溫度并控制功率放大器輸出使上、下軋輥溫度恒定。在對(duì)所述被加工金屬材料電致塑性與溫塑性結(jié)合軋制狀態(tài)中，通過所述兩個(gè)電接觸裝置向它們之間的所述被加工金屬材料的加工段引入高能脈沖電流，該高能脈沖電流的參數(shù)為脈沖寬度為10-200μ8，頻率為100-3000ΗΖ，電流密度幅值為30-1000A/mm2。本系統(tǒng)能有效地利用溫軋的溫塑性與電軋的電塑性，來共同改善金屬材料內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)形成有利于提高強(qiáng)度和韌(塑)性的組織，使得金屬的變形抗力減小，相對(duì)單一的溫軋或電軋?jiān)O(shè)備金屬材料的塑性明顯提高。軋制過程不改變正常的加工流程，不需要進(jìn)入加熱爐進(jìn)行軟化退火就可以在軋制過程中實(shí)現(xiàn)組織的預(yù)調(diào)整，獲得高的強(qiáng)、韌性配合，且加工效率提高、成本降低。特別適用于軋制鎂合金、TiNi形狀記憶合金、鎢合金等難加工金屬材料的板/帶材。同時(shí)相對(duì)于熱軋，由于加工過程溫度較低，能減少表面氧化，防止晶粒長(zhǎng)大， 故能顯著提高產(chǎn)品表面質(zhì)量與力學(xué)性能。其將溫塑性效應(yīng)與電致塑性效應(yīng)結(jié)合用于難加工金屬材料的軋制，采用軋輥預(yù)熱裝置將軋輥表面預(yù)熱到接近或達(dá)到被加工金屬材料的回復(fù)溫度，且低于該金屬材料的再結(jié)晶溫度的范圍內(nèi)；進(jìn)入軋輥前的帶材由于電致塑性帶來的熱效應(yīng)也會(huì)有一定的溫升。此時(shí)，在軋制過程中，由于軋輥表面被加熱到接近回復(fù)溫度，當(dāng)被加工金屬材料與軋輥接觸時(shí)，材料內(nèi)原子的勢(shì)壘得到了一定提高，促使點(diǎn)缺陷與位錯(cuò)等晶體缺陷獲得能量發(fā)生遷移，變形抗力下降；在與所施加的高能脈沖電流復(fù)合作用后，材料的內(nèi)部電子運(yùn)動(dòng)更加加劇，使更多的位錯(cuò)在高能脈沖電子流的作用下開動(dòng)并移動(dòng)。如果軋輥沒有被預(yù)加熱，由于電致塑性給被加工金屬材料所帶來的熱效應(yīng)可能迅速被冷的軋輥所吸收(因?yàn)楸患庸Р呐c軋輥接觸時(shí)所占的體積相比遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于軋輥，其帶材的熱容也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于軋輥)，導(dǎo)致接觸瞬間被加工帶材的熱量幾乎都被軋輥所吸收，極大地降低了電致塑性加工的熱效應(yīng)，減弱了原子的擴(kuò)散能力，使電致塑性效應(yīng)的作用受到極大限制?；诒鞠到y(tǒng)的電致塑性軋制與溫塑性軋制相結(jié)合的軋制方法的優(yōu)點(diǎn)在于通過在線施加適當(dāng)?shù)母吣苊}沖電流，使金屬材料的初始靜態(tài)再結(jié)晶過程可在遠(yuǎn)低于常規(guī)熱處理的溫度下(對(duì)于鎂合金表面溫度僅約IO(TC)極為迅速地完成(僅為幾秒鐘，比常規(guī)熱處理縮短再結(jié)晶完成時(shí)間2個(gè)數(shù)量級(jí)以上)。根據(jù)電致塑性效應(yīng)的理論，在高能電脈沖刺激條件下材料內(nèi)部經(jīng)歷了能量快速輸入和輸出的交替運(yùn)動(dòng)的非平衡過程，這種電刺激促進(jìn)了內(nèi)部原子的加速擴(kuò)散，使位錯(cuò)攀移速度呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。較常規(guī)熱處理和直流電加熱處理而言，高能電脈沖處理時(shí)所產(chǎn)生的焦耳熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)的耦合作用機(jī)制，使得其再結(jié)晶形核率可提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，原子擴(kuò)散速度增加一倍，這是材料快速獲得細(xì)化的完全再結(jié)晶的晶粒組織的關(guān)鍵原因。非熱效應(yīng)只有在一定溫度下(即一定熱效應(yīng)的配合下)才能發(fā)揮出來，沒有一定的熱效應(yīng)，非熱效應(yīng)對(duì)原子擴(kuò)散的加速和對(duì)位錯(cuò)攀移的貢獻(xiàn)不能體現(xiàn)；反之如果沒有高能脈沖的電刺激(可同時(shí)產(chǎn)生非熱效應(yīng))，僅依靠熱效應(yīng)(即通過普通加熱)來提高溫度以增加位錯(cuò)攀移速度的方法，在相同環(huán)境下其完成再結(jié)晶的過程將比電致塑性下的完成時(shí)間高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
圖1為本實(shí)用新型電致塑性與溫塑性結(jié)合軋制難加工金屬材料的系統(tǒng)示意圖；圖2為IOX2X IOOOmm的Ti-Ni-Nb帶材在傳統(tǒng)溫軋下開裂的圖片；圖3為10X2X IOOOmm的Ti-Ni-Nb帶材通過電致塑性與溫塑性相結(jié)合軋制的樣品圖片；圖4為傳統(tǒng)冷軋100X2X 1500mm的AZ31鎂合金帶圖片，圖片中帶材出現(xiàn)明顯開裂；圖5為溫軋100X2X 1500mm的AZ31鎂合金帶圖片，變形量約15%，帶材中出現(xiàn)明
顯開裂；圖6為基于圖1系統(tǒng)通過電致塑性與溫塑性相結(jié)合軋制的100X2X 1500mm的 AZ31鎂合金帶樣品圖片，累積變形量70%，中間沒有任何退火處理；圖7為其電磁感應(yīng)加熱器和軋輥結(jié)合示意圖；圖8為圖7的側(cè)視示意圖；圖9為圖7、8的圓弧形感應(yīng)加熱板展開圖；圖10為圖7、8的熱探頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為圖7、8電磁感應(yīng)加熱器的一加熱控制電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明。參照?qǐng)D1，電致塑性與溫塑性結(jié)合軋制難加工金屬材料的系統(tǒng)主要包括軋機(jī)、脈沖電源3、兩個(gè)電接觸裝置和軋輥預(yù)熱裝置(如圖7-11)等。軋機(jī)可采用兩輥軋機(jī)或多輥軋機(jī)，兩輥軋機(jī)可軋較厚的、精度要求不高的板、帶材，四輥等多輥軋機(jī)可軋高精度的薄板、帶材。圖1采用兩輥軋機(jī)，該軋機(jī)具有開卷裝置1、 上下軋輥6、收卷裝置8和張力輥2、7等。由開卷裝置1、收卷裝置8帶動(dòng)該金屬帶材傳輸， 傳輸速度為0. 1-lm/s。脈沖電源3提供用于對(duì)金屬材料電致塑性處理的高能脈沖電流，電致塑性與溫塑性結(jié)合軋制難加工金屬材料時(shí)，施加于金屬材料的脈沖電流參數(shù)為脈沖寬度10_200μ8， 頻率100-3000Ηζ,電流密度幅值為30-1000A/mm2。兩個(gè)電接觸裝置4、5或5’與所述軋機(jī)部分絕緣，分別連接于脈沖電源3的兩輸出端，用于將脈沖電源輸出的高能脈沖電流輸入到被加工金屬材料的加工段進(jìn)行電致塑性處理。圖1中一個(gè)接觸裝置4置于上軋輥6前，連接于脈沖電源3的正輸出端，另一個(gè)接觸裝置用上軋輥6替代，上軋輥與所述軋機(jī)絕緣，上軋輥6的軸5連接于脈沖電源3的負(fù)輸出端。兩個(gè)電接觸裝置也可分別設(shè)置于所述上下軋輥前后，如圖1中位于所述上下軋輥前的一個(gè)接觸裝置4和所述上下軋輥后的另一個(gè)接觸裝置5 ’。兩個(gè)電接觸裝置還可以用與所述軋機(jī)絕緣的上、下兩個(gè)軋輥替代，此時(shí)兩個(gè)電接觸裝置之間的距離為零。根據(jù)被加工金屬材料材質(zhì)的不同，及施加于被加工金屬材料的脈沖電流參數(shù)不同，兩個(gè)電接觸裝置之間的距離最好在O-SOOmm內(nèi)調(diào)節(jié)。通常開卷端的一個(gè)電接觸裝置可在距離軋輥0_400mm處設(shè)置， 收卷端的另一個(gè)接觸裝置可在距離軋輥0-600mm處設(shè)置。電接觸裝置的材料均為導(dǎo)電性良好、強(qiáng)度較高的彌散強(qiáng)化銅或其它導(dǎo)電良好的耐磨材料，電接觸裝置裝有彈簧，可始終保持金屬材料與電接觸裝置緊密接觸。軋輥預(yù)熱裝置用于將上、下軋輥預(yù)熱到接近或達(dá)到被加工金屬材料的回復(fù)溫度， 且低于該金屬材料的再結(jié)晶溫度的范圍內(nèi)，以對(duì)該金屬材料進(jìn)行溫塑性處理。軋輥預(yù)熱裝置采用電磁感應(yīng)加熱器、電阻加熱器及紅外加熱器等，通過電磁感應(yīng)或烘烤方式預(yù)熱所述軋輥至100-550°C范圍，并能根據(jù)被加工金屬材料的特性進(jìn)行調(diào)整。圖7-10為其電磁感應(yīng)加熱器結(jié)構(gòu)示意圖。圖7、8中7-1為熱探頭，7-2為感應(yīng)加熱板，7-3為非金屬耐熱隔離墊， 7-4為軋輥軸，6為上、下軋輥，7-6為熱探頭孔，8-2為線圈固定板，000為被加工金屬帶材。 圖9中8-1為感應(yīng)線圈，8-2為線圈固定板，8-3、8-4是感應(yīng)加熱線圈的接頭。圖10中9_1 熱探頭引出線，9-2為熱探頭內(nèi)設(shè)彈簧，9-3為非金屬緊固帽，9-4熱探頭的彈性觸頭。該電磁感應(yīng)加熱器包括兩個(gè)帶有熱探頭的圓弧形感應(yīng)加熱板7-2和加熱控制電路，一個(gè)圓弧形感應(yīng)加熱板7-2通過軋機(jī)架安裝在所述上軋輥6上側(cè)，相應(yīng)熱探頭和所述上軋輥柱面動(dòng)接觸，且該圓弧形感應(yīng)加熱板7-2與所述上軋輥6之間用一非金屬耐熱隔離墊 7-3隔開并由線圈固定板8-2固定在相關(guān)機(jī)架上，可防止上軋輥6高溫傳給熱感應(yīng)板內(nèi)感應(yīng)線圈8-1超溫?fù)p壞而造成短路；另一個(gè)圓弧形感應(yīng)加熱板安裝在所述下軋輥下側(cè)，該圓弧形感應(yīng)加熱板與所述下軋輥之間用另一非金屬耐熱隔離墊隔開，相應(yīng)熱探頭和所述下軋輥柱面動(dòng)接觸。熱探頭具有殼體7-1、殼體內(nèi)設(shè)的彈簧9-2和彈性觸頭9-4，熱探頭安裝于圓弧形感應(yīng)加熱板7-2中心的探頭孔7-6處由非金屬緊固帽9-3定位，彈性觸頭9-4從殼體透出的一端與所述上軋輥或下軋輥柱面動(dòng)接觸以探測(cè)軋輥表面的溫度。圖11加熱控制電路包括整流濾波器、產(chǎn)生300-9000HZ交流信號(hào)的逆變器、連接逆變器輸出的功率放大器、溫度檢測(cè)控制單元以及過流檢測(cè)保護(hù)控制單元等，所述電磁慼應(yīng)加熱板中的感應(yīng)線圈8-1由功率放大器驅(qū)動(dòng)，溫度檢測(cè)控制單元通過所述熱探頭檢測(cè)所述上、下軋輥溫度并控制功率放大器輸出使上、下軋輥溫度恒定。工頻50Hz或60Hz交流經(jīng)整流濾波變成為直流，再將其變換成300-9000HZ高頻交流電，經(jīng)功率放大后施加到各感應(yīng)加熱板7-2內(nèi)的感應(yīng)線圈8-1產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，利用其頻率較高的交變磁場(chǎng)在上下軋輥6產(chǎn)生渦流達(dá)到加熱目的，可通過調(diào)節(jié)電流或頻率來調(diào)整軋輥的溫度，巳經(jīng)加熱并調(diào)好間隙的上下軋輥6對(duì)所加工的金屬帶材000實(shí)施溫軋。熱探頭裝在感應(yīng)加熱板7-2中心的探頭孔 7-6處，由非金屬緊固帽9-3定位防止由熱探頭金屬產(chǎn)生渦流影響檢測(cè)軋輥溫度，溫度檢測(cè)控制單元通過熱探頭檢測(cè)軋輥溫度并控制功率放大器輸出使軋輥溫度恒定。通過本系統(tǒng)對(duì)金屬帶料等進(jìn)行電致塑性與溫塑性相結(jié)合軋制時(shí)，首先由軋輥預(yù)熱裝置將軋機(jī)的上、下軋輥預(yù)熱到100-550°C范圍；使該金屬帶材以速度0. Ι-lm/s傳輸，并通過一對(duì)電接觸裝置將高能脈沖電流輸入到該金屬帶材的加工段憑借其熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)進(jìn)行電致塑性處理，同時(shí)該金屬帶材的加工段依次進(jìn)入已預(yù)熱的軋輥進(jìn)行電致塑性與溫塑性結(jié)合的軋制。以下結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明。實(shí)施例1 加工料為冷加工態(tài)的TiNiNb帶材，寬10mm，厚度為1. 90mm,進(jìn)行傳統(tǒng)溫軋與通過本系統(tǒng)進(jìn)行的電致塑性軋與溫軋相結(jié)合軋制結(jié)果對(duì)比。溫軋上述TiNiNb帶材，軋機(jī)的軋輥直徑300mm，帶材入口速度為0. lm/s。將軋輥加熱到250°C，通過兩道次將TiNiNb帶材厚度從1. 90mm軋到1. 25mm,發(fā)現(xiàn)帶材邊緣和中心都出現(xiàn)明顯開裂，如圖2所示。參照?qǐng)D1通過本系統(tǒng)進(jìn)行電致塑性軋與溫軋相結(jié)合軋制，仍取冷加工態(tài)的TiNiNb 帶材。通過電磁感應(yīng)加熱器將軋輥也加熱到250°C，由開、收卷裝置帶動(dòng)TiNiNb帶材以速度0. lm/s傳輸，兩個(gè)電接觸裝置4和5間的距離調(diào)節(jié)為360mm，并且通過兩個(gè)電接觸裝置將高能脈沖電流導(dǎo)入TiMNb帶材的加工段，該高能脈沖電流的脈沖頻率為500Hz、脈沖寬度 60μ 電流密度幅值為500A/mm2，憑借其熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)對(duì)TiMNb帶材的加工段進(jìn)行電致塑性處理，同時(shí)該加工段依次進(jìn)入已預(yù)熱的軋輥進(jìn)行電致塑性與溫塑性結(jié)合的軋制。同樣經(jīng)過兩道次軋制將TiNiNb帶材厚度從1. 90mm軋到1. 25mm, TiNiNb帶材塑性得到明顯改善，如圖3所示軋制得到的樣品沒有開裂。實(shí)施例2 加工料為完全退火態(tài)AZ31鎂合金帶材，寬100mm，厚度為1. 60mm,分別進(jìn)行常規(guī)軋制、溫軋和電致塑性加溫軋復(fù)合軋制方式進(jìn)行軋制實(shí)驗(yàn)。采用圖1中的軋機(jī)，軋輥直徑300mm，軋制速度為0. 2m/s。冷軋采用室溫下的常規(guī)軋制，結(jié)果在變形量15%左右(即從1. 60mm厚軋成1. 35mm厚)AZ31鎂合金帶材就出現(xiàn)明顯開裂，如圖4所示。溫軋時(shí)，將軋輥6加熱到160°C，AZ31鎂合金帶材接近軋輥時(shí)熱量迅速從軋輥傳到帶材上，同時(shí)軋輥施加軋制力，軋制速度為0. 2m/s。經(jīng)過三個(gè)道次軋制后帶材從1. 60mm厚軋到0. 68 mm (1. 60 — 1. 12 — 0. 85 — 0. 68mm;累積變形量為58%)，此時(shí)AZ31鎂合金帶材表面也出現(xiàn)明顯開裂，如圖5所示?；趫D1系統(tǒng)進(jìn)行電致塑性軋與溫軋相結(jié)合的軋制，通過電磁感應(yīng)加熱器將軋輥的溫度仍然加熱到160°C，兩個(gè)電接觸裝置4和5間的距離為180mm，通過電接觸裝置4、5向AZ31鎂合金帶材的加工段施加高能脈沖電流，脈沖電流的參數(shù)為脈沖頻率為 300Hz，脈沖寬度60μ、電流密度幅值為100A/mm2。軋制速度為0. 2m/s，經(jīng)過四個(gè)道次軋制(1. 60 — 1. 12 — 0. 85 — 0. 68 — 0. 48mm;累積變形量達(dá) 70%)，將 IOOmm 寬，厚度為 1.60mm 的AZ31鎂合金帶材軋成厚度為0. 48 mm的薄帶，如圖6所示在此過程中鎂合金帶材未發(fā)生開裂?？梢姡捎脺剀埮c電軋結(jié)合的軋制方式，鎂合金塑性變形能力極大提高，軋制出來的鎂合金帶材表面質(zhì)量良好，無明顯裂紋，也無氧化層。特別指出的是采用該工藝軋制的鎂合金帶材，中間4個(gè)道次的軋制過程中沒有進(jìn)入任何熱處理爐進(jìn)行軟化退火。 本電致塑性與溫塑結(jié)合軋制系統(tǒng)特別適用于軋制鎂合金、TiNi形狀記憶合金、 鎢合金等難加工金屬材料的板材/帶材，該板材/帶材的的寬度為10-1200mm，厚度為 0.3-5mm，長(zhǎng)度不小于300mm。軋制時(shí)，金屬板材或帶材由開、收卷裝置帶動(dòng)，軋制速度在 0. 1-lm/s范圍可調(diào)，如實(shí)施例2中軋制速度調(diào)節(jié)為0. 6m/s時(shí)，相應(yīng)的脈沖頻率仍為300Hz， 脈沖寬度為100μ、電流密度幅值在150A/mm2左右，軋輥6仍加熱到160°C，軋制出的AZ31 鎂合金帶材也同樣得到理想的效果。開、收卷裝置根據(jù)需要進(jìn)行張力調(diào)節(jié)，該軋制系統(tǒng)特別適用于軋制長(zhǎng)的卷材。更換軋輥換也能夠適用于軋制鎂合金、TiNi形狀記憶合金、鎢合金等難加工金屬材料的線材等。
權(quán)利要求1.一種電致塑性與溫塑性結(jié)合軋制金屬材料的系統(tǒng)，其特征在于包括軋機(jī)，該軋機(jī)具有至少一對(duì)軋輥；軋輥預(yù)熱裝置，用于將軋機(jī)的上、下軋輥預(yù)熱到被加工金屬材料的回復(fù)溫度，且低于該金屬材料的再結(jié)晶溫度的范圍內(nèi)，以對(duì)該金屬材料進(jìn)行溫塑性處理；脈沖電源，提供用于對(duì)該金屬材料電致塑性處理的高能脈沖電流，該高能脈沖電流頻率為100-3000HZ、脈沖寬度為10-200μ8 ；及一對(duì)電接觸裝置，它們與所述軋機(jī)絕緣，分別連接于脈沖電源的兩輸出端子，用于將脈沖電源輸出的高能脈沖電流輸入到該金屬材料的加工段，且該金屬材料的加工段通過已被軋輥預(yù)熱裝置預(yù)熱的所述上、下軋輥實(shí)現(xiàn)電致塑性與溫塑性結(jié)合的軋制。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述軋輥預(yù)熱裝置采用電磁感應(yīng)加熱器、電阻加熱器或紅外加熱器。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述電磁感應(yīng)加熱器包括兩個(gè)帶有熱探頭的圓弧形感應(yīng)加熱板和加熱控制電路，一個(gè)圓弧形感應(yīng)加熱板安裝在所述上軋輥上側(cè)，該圓弧形感應(yīng)加熱板與所述上軋輥之間用一個(gè)非金屬耐熱隔離墊隔開，相應(yīng)熱探頭和所述上軋輥柱面動(dòng)接觸；另一個(gè)圓弧形感應(yīng)加熱板安裝在所述下軋輥下側(cè)，該圓弧形感應(yīng)加熱板與所述下軋輥之間用另一個(gè)非金屬耐熱隔離墊隔開，相應(yīng)熱探頭和所述下軋輥柱面動(dòng)接觸。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述熱探頭具有殼體、殼體內(nèi)設(shè)的彈簧和彈性觸頭，該熱探頭安裝于所述圓弧形感應(yīng)加熱板中心的探頭孔處由非金屬緊固帽定位，彈性觸頭從殼體透出的一端與所述上軋輥或下軋輥柱面動(dòng)接觸。
5.如權(quán)利要求3或4所述的系統(tǒng)，其特征在于所述加熱控制電路包括直流電源、產(chǎn)生 300-9000ΗΖ交流信號(hào)的逆變器、連接逆變器輸出的功率放大器以及溫度檢測(cè)控制單元，所述電磁慼應(yīng)加熱板中的感應(yīng)線圈由功率放大器驅(qū)動(dòng)，溫度檢測(cè)控制單元用于通過所述熱探頭檢測(cè)所述上、下軋輥溫度并控制功率放大器輸出使上、下軋輥溫度恒定。
6.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述軋輥被所述軋輥預(yù)熱裝置預(yù)熱的溫度為 100-550°C。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述兩個(gè)電接觸裝置之間的距離0-800mm。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述兩個(gè)電接觸裝置分別設(shè)置于所述上下軋輥前后；或所述兩個(gè)電接觸裝置用上、下兩個(gè)軋輥替代，該上、下兩個(gè)軋輥與分別與所述軋機(jī)絕緣；或所述兩個(gè)電接觸裝置中一個(gè)置于所述上軋輥前，另一個(gè)是所述的上軋輥，該上軋輥與所述軋機(jī)絕緣。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于在對(duì)所述被加工金屬材料電致塑性與溫塑性結(jié)合軋制狀態(tài)中，通過所述兩個(gè)電接觸裝置向它們之間的被加工金屬材料的加工段輸入的高能脈沖電流參數(shù)為脈沖寬度為10-200μ8，頻率為100-3000ΗΖ，電流密度幅值為 30-1000A/mm2。
10.如權(quán)利要求1或8所述的系統(tǒng)，其特征在于所述被加工金屬材料是鎂合金、TiNi 形狀記憶合金或鎢合金的板/帶材，該板/帶材的寬度為10-1200mm，厚度為0. 3_5mm，長(zhǎng)度不小于300mm。
專利摘要一種電致塑性與溫塑性結(jié)合軋制金屬材料的系統(tǒng)，包括軋機(jī)，該軋機(jī)具有至少一對(duì)軋輥；軋輥預(yù)熱裝置，用于預(yù)熱軋機(jī)的上下軋輥；脈沖電源，提供對(duì)金屬材料電致塑性處理的脈沖電流，及，與所述軋機(jī)絕緣的一對(duì)電接觸裝置，分別連接于脈沖電源的兩輸出端，用于將脈沖電源輸出的脈沖電流輸入到該金屬材料的加工段，且該金屬材料的加工段通過已被預(yù)熱的所述上下軋輥實(shí)現(xiàn)電致塑性與溫塑性結(jié)合的軋制。本系統(tǒng)能有效地利用溫軋的溫塑性與電軋的電塑性，共同改善金屬材料內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)形成有利于提高強(qiáng)度和韌(塑)性的組織，使得材料的塑性明顯提高；特別適用于軋制鎂合金、TiNi形狀記憶合金以及鎢合金等難加工金屬材料的板/帶材。
文檔編號(hào)B21B37/74GK202169276SQ20112003509
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月9日
發(fā)明者唐國(guó)翌, 唐飛, 孫是丁, 宋國(guó)林, 柳佳南, 祝儒飛, 車炳雷 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院, 黑龍江虹橋金屬制品有限公司