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恒翔钛介绍有色金属感应加热的物理特性和新技

热温成形除能够快速形成高度复杂的几何形状之外,还可以提供大量的金属晶粒流动和机械性能优势,在挤压和锻造时,形成的纤维状晶粒结构可以阻止裂纹的发展和改善冲击和疲劳性能,常见的热温成形金属材料中,碳钢无疑是最常见的,但随着钛,铝、镁、钛和超合金等有色金属锻件或挤压件在汽车、铁路、航空航天等行业的广泛应用,有色金属材料的需求量也越来越大。

温度显著影响合金的成形性及其形成优质产品的能力,多数碳钢的热成形温度通常在1200 ~1300℃左右,但不同牌号有色金属合金的目标温度相差较大,在大多数应用中,客户不会简单地只要求提高工件的平均温度,还会强调温度均匀性,这些温度均匀性要求,通常定义在某一方向或总体上,此外还有一些成形应用要求在加热过程后达到一定的温度不均匀性,例如大型铝合金坯料的等温正向挤压,为了在成形过程中保持近等温条件,通常需要一定的纵向温度梯度,来提高产品质量和工具寿命。
材料性质的实际意义
钛,铝、铜、银和镁合金等感应加热材料,不仅具有相对较高的导热系数,还具有高导电性(即低电阻率),因此,交流电带来的集肤效应,在这些材料中将会非常显著,感应产生的热量会集中在接近材料表面的位置,
当加热材料的目标温度接近其熔点时,靠近这些材料表面的磁通量线密度也会引起工件端部过热的情形,这种现象是因工件末端的磁场线变形造成的,在静态加热系统中,可通过选择合适的频率、功率密度、线圈长度和线圈直径来解决。在连续式加热过程中,这种现象也须注意,尽管坯料是由端到端系统进料,但是坯料在某一瞬态生产条件下,仍会有明显的电磁端部效应。
由于材料中产生的温度梯度会形成较大的热应力,导致工件内部形成裂纹,当加热大型工件或当工件组织处于“铸造”状态时,裂纹形成和扩展的风险尤其值得注意,因为铸造材料的孔隙率和潜在的不均匀在本质上增加了这种可能性。
由于这些潜在的问题,在选择频率、功率密度和加热时间以及加热设备的设计和控制时,就必须解决材料的局部过热问题。
感应加热的电磁效率本质上与负载(坯料、棒、管等)电阻相关,高电阻率材料具有更高的加热效率,与其他加热该类型材料的方法相比,电磁感应加热仍可提供显著的效率优势。
根据钛,铝、铜、银和镁合金的电子特性,一般需要相对较高的磁场强度来满足生产率要求,有时为了获得更大的电流透入深度,会使用非常低的频率,此时的磁场强度会较大,电磁力也会非常高,在连续的坯料加热过程中,当坯料接近并通过最终的线圈出口时,坯料端部的磁场会发生扭曲变形,在线圈的端部区域,磁场的径向分量会对坯料产生显著的纵向力。由于钛,铝、镁等有色合金密度较小,摩擦力也较小。当纵向力超过摩擦力时,会将坯料从线圈中排出。在这种情况下,必须通过计算机仿真来考虑额外的设计方法或材料处理方案,以避免这种潜在的危险。
如上面所述,低频电流使用在加热低电阻率材料上有着诸多热能优势。除了这些热能优势之外,较低的频率还可以显著增加线圈功率因子。然而,在低频率下,线圈电压和每匝线圈的压降较低,而线圈电流可能会相当高,因此可能带来诸多潜在问题,包括线圈末端的线圈匝间作用的纵向电磁力增加,高传输损耗和负载匹配考验等,为了避免这些缺点,在某些情况下使用多层式线圈可能具有较大优势,

有色金属感应加热新技术

相比传统加热,感应加热具有诸多优势,具有更高的热效率且易于实现自动化生产、设备占地面积小、能够进行高精度实时调温,利于生产工艺优化等。从材料角度讲,铝合金等有色金属感应加热具有加热时间短、金属氧化层薄、表层和内部同时升温、易短时间减小心表温差;可实现温度梯度,进行等温挤压;每个坯料加热时间和加热温度相同,坯料性能一致性高等优点,因此,有色金属感应加热技术的提高,对有色金属行业具有重要意义。
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