[发明专利]一种镁合金轧制时板带在线加热装置

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金薄板轧制成型的加工装备，具体是一种镁合金轧制时板带在线加热装置。

背景技术

镁合金是结构材料中最轻的金属，近年来已经逐渐被应用到航空航天、国防军工、汽车、电子通讯等领域，同时这些领域对其性能及效率的要求也在不断提高。传统的铸造镁合金已经渐渐无法满足要求，而通过挤压、锻造、轧制等工艺生产的变形镁合金产品具有更高的强度、更好的延展性、更多样化的力学性能。其中，轧制作为镁合金塑性加工的重要手段得到了长足的发展。

镁合金为密排六方结构，特别是其轴比c/a＝1.624,接近理想的轴比c/a＝1.63，因此多晶镁合金一般只能通过基面滑移和孪晶进行塑性变形，独立滑移系少，其室温下的塑性变形主要由基面上的两个独立的滑移系来执行，而根据Von Mises判据，一般多晶体材料至少要5个独立的滑移系开动才能进行稳定的塑性变形。室温下，镁合金基面上滑移系数目远远不能满足Von Mises判据要求，所以镁合金在外力作用下晶粒间变形协调能力不足，室温下变形困难，塑性、韧性差。

变形温度是影响镁合金的塑性变形能力的关键因素，温度高于225℃，非基面滑移系开动所需的临界分切应力大大降低，因而会激活棱面和锥面滑移，这使镁合金呈现明显的延性转变，塑性显著提高。另一方面，镁合金的固态成形是一个复杂的高温塑性变形过程，镁合金在高温变形过程中发生动态再结晶，再结晶产生了新晶粒使材料细化，同时又消耗了形变中产生的畸变能，这些大大改善了镁合金的进一步变形能力，通过晶粒细化，变形过程中除晶粒发生变形拉长外，还会发生显著的晶界滑移、转动和转动，从而塑性大大提高，甚至获得超塑性。由此可见，选择合理的热加工参数，细化再结晶晶粒对镁合金轧制有重要的意义。

镁合金塑性成形对温度特别敏感，其塑性成形温度区间较窄，一般在300～450℃的区间内，当成形温度低时，镁合金的变形能力差，易产生冷裂纹；温度过高时，合金中的某些低熔点相可能在成形的过程中熔化，在应力作用下易产生热裂纹，此外，成形温度过高也会造成零件显微组织的晶粒粗大，直接影响材料服役的性能。

电磁感应加热技术是一种新型的加热技术，其依靠高频交变电流感应磁场，而高频交变磁场又在工件中产生涡流的机理来实现工件的迅速发热，从而达到加热的目的。与传统的接触式加热相比，感应加热装置，其安全可靠、环保、节能、高效、智能可控性等优点使其被广泛应用在航空航天、汽车制造、有色金属铸造、金属表面的淬火及回火等各个领域。

将一个线圈通以交变电流，在线圈周围便会产生交变磁场，若再将一导体(工件) 置于该交变磁场中，则导体中将产生感应电流，感应电流的频率与线圈中电流的频率相同。由于零件本身有阻抗，当有电流通过时便会发出热量，所以感应加热时零件是依靠在其自身中流通的感应电流(涡流)产生热量而被加热的。但导体中通过交变电流时会产生“集肤”效应，使截面上电流的分布不均匀，即表层的电流密度大，而心部的电流密度小，并且这种不均匀程度随电源电流频率的增大而增大。

根据感应加热电源电流频率的不同，可将感应加热分为低频感应加热、中频感应加热、超音频感应加热、高频感应加热、超高频感应加热，随电源电流频率的提高，加热效率提高但加热层深度减小。

感应加热中，因“集肤”效应以及涡流的分布状况知板式工件的表层温度最高向内渐弱，基本上热传导作为板式内部的辅助加热方式。其次就是由于线圈拓扑结构以及磁场的分布误差性不可能致使板面每一点的温度都是均衡的，因此这就需要靠辅助的热传导方式来解决在误差允许的范围内让板式工件的表层温度达到均衡性分布。

感应加热“临近”效应指通以不同电流方向的导线之间的相互作用的效应，其能够影响磁场强度大小。板式工件与感应线圈间隙小，则临近效应明显，远则相反。两者越近，由右手定则知两者磁场矢量叠加越大，则感应的涡流也越大。两者大于一定间距则可忽略临近效应，这在设计感应线圈间距以及和板式工件间距时提高理论参考。

电磁感应加热系统中，影响到电磁、磁热耦合的参数因子众多。其中包括驱动频率、线圈结构、线圈电流密度、线圈电感量、磁场强度、漏磁、线圈与感应工件间距、工件自身的相对导磁系数、电阻系数、线圈及工件的集肤效应和透析深度、外界空气对其热对流等等因素。因此实际感应加热系统中，众多参数制约着电磁感应加热的效率和效果。众多参数中，对电磁热耦合的效果影响最大的参数是电流交变频率、线圈结构、线圈和工件之间间距、电流密度，以及磁场强度。