CN101660026B

CN101660026B - 一种高比重合金材料电脉冲退火工艺方法

Info

Publication number: CN101660026B
Application number: CN2009103081584A
Authority: CN
Inventors: 孙红镱; 马文琦
Original assignee: 孙红镱
Current assignee: Harbin University
Priority date: 2009-10-10
Filing date: 2009-10-10
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2029-10-10
Also published as: CN101660026A

Abstract

一种高比重合金材料电脉冲退火工艺方法，属于热处理领域，本发明是为了解决传统退火工艺对高比重合金材料退火存在脆性、塑性指标有所提高时，强度和硬度却明显降低的问题。本发明方法包括以下步骤：一、在高比重合金材料两端分别安装一个接电端子，其中一个接电端子与脉冲电源的正脉冲电流输出电极相连，另一个接电端子与脉冲电源的负脉冲电流输出电极相连；二、调整脉冲电源输出脉冲电流的工艺参数为：电流5000A～6000A，频率100Hz～500Hz，脉宽40μs～60μs；三、脉冲电源通电5s～20s，脉冲电源连续输出的电脉冲对所述高比重合金材料进行退火处理；四、自然冷却至室温。本发明用于高比重合金材料的电脉冲退火。

Description

一种高比重合金材料电脉冲退火工艺方法

技术领域

本发明涉及一种高比重合金材料电脉冲退火工艺方法，属于热处理领域。

背景技术

高比重合金材料是一类以钨为基体(W含量85-99％)，并添加有Ni、Cu、Co、Mo、Cr等元素组成的合金，比重大、强度高、导热系数大、热膨胀系数小、广泛地运用在航天、航空、军事等工业领域。

当前，高比重合金材料在航天、航空、军事等工业领域的应用中，存在加工硬度现象而带来脆性大的问题。为了降低材料的脆性，提高材料的塑性性能指标，可采用传统退火工艺，比如：加热炉退火，电阻热退火，中高频加热炉退火等工艺。但由于传统退火原理是通过热效应实现的，出现了处理过的材料的脆性降低、塑性指标提高的同时，材料的强度、硬度出现明显降低的现象，难以满足高比重合金材料在工业领域的应用要求。另外，传统退火工艺过程较为复杂，还容易造成环境污染等问题。

发明内容

本发明的目的是解决利用传统退火工艺对高比重合金材料进行退火存在脆性、塑性指标有所提高的同时，却出现强度和硬度明显降低的问题，提供了一种高比重合金材料电脉冲退火工艺方法。

本发明方法包括以下步骤：

步骤一、在高比重合金材料两端分别安装一个接电端子，其中一个接电端子与脉冲电源的正脉冲电流输出电极相连，另一个接电端子与脉冲电源的负脉冲电流输出电极相连；

步骤二、调整脉冲电源输出脉冲电流的工艺参数为：电流5000A～6000A，频率100Hz～500Hz，脉宽40μs～60μs；

步骤三、脉冲电源通电5s～20s，脉冲电源连续输出的电脉冲对所述高比重合金材料进行退火处理；

步骤四、自然冷却至室温。

本发明的优点：采用本发明的电脉冲退火工艺处理高比重合金材料，即利用高密度电脉冲处理代替传统热效应处理的退火新方法可以降低功耗，简化工艺过程，在提高塑性性能指标的同时保证材料的强度和硬度指标。塑性指标由2％～5％，强度指标略有提高。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图，图2是电脉冲电源的结构示意图，图3是拉伸实验对比曲线，其中：实线代表退火前的高比重合金材料的拉伸实验曲线，虚线代表利用本发明方法退火处理25秒后的高比重合金材料的拉伸实验曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式方法包括以下步骤：

步骤三、脉冲电源通电5s～20s，脉冲电源连续输出的电脉冲对所述高比重合金材料进行退火处理，利用脉冲电源配置的示波器观察波形图，利用红外线测温仪观察温升情况；

步骤四、自然冷却至室温。

本实施方式给出一个具体的实施例，参见图2所示，给出一个脉冲电源的具体电路图，所述脉冲电源可实现的工艺参数为：电流5000A～6000A，频率100Hz～500Hz，脉宽40μs～60μs，所述脉冲电源包括整流电路1、滤波电路2、自带体二极管的IGBT3、单片机4、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第一电感L1、单向可控硅SCR和变压器T。

整流电路1的正极输出端与滤波电路2的一端相连，整流电路1的正极输出端同时还与自带体二极管的IGBT3的漏极相连，自带体二极管的IGBT3的源极与第一二极管D1的阳极相连，第一二极管D1的阴极与第一电感L1的一端相连，第一二极管D1的阴极端同时还与第二二极管D2的阴极相连，第二二极管D2的阳极与第一电容C1的一端相连，第一电容C1的另一端与第一电感L1的另一端相连，第一电感L1和第一电容C1的连接点引出线与单向可控硅SCR的阳极相连，单向可控硅SCR的阴极与变压器T的原边绕组的一端相连，变压器T的原边绕组的另一端与第二二极管D2的阳极相连，单向可控硅SCR的控制极与单片机4的可控硅控制端相连，单片机4的IGBT控制端与自带体二极管的IGBT3的栅极相连。

整流电路1的负极输出端与滤波电路2的另一端相连，整流电路1的负极输出端同时还与第二二极管D2的阳极相连，并接地。

整流电路1由第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7和第八二极管D8组成，构成全桥整流电路，第三二极管D3和第六二极管D6的连接点引出线接三相电的V_a，第四二极管D4和第七二极管D7的连接点引出线接三相电的V_b，第五二极管D5和第八二极管D8的连接点引出线接三相电的V_c，第三二极管D3、第四二极管D4和第五二极管D5的阴极相连，并作为整流电路1的正极输出端，第六二极管D6、第七二极管D7和第八二极管D8的阳极相连，并作为整流电路1的负极输出端。

滤波电路2由第二电容C2和第二电感L2组成，第二电容C2和第二电感L2并联连接，并联后的两端分别与整流电路1的正、负极输出端相连。

380V三相电V_a、V_b、V_c由整流电路1进行整流，变成直流，再经滤波电路2的滤波输出，为大容量储能元件电解电容枛第一电容C1充电，单片机4控制自带体二极管的IGBT3和单向可控硅SCR的导通，自带体二极管的IGBT3是绝缘栅双极晶体管(IGBT)，它实现斩波调压，采用恒流方式将整流电路提供的电能转换到第一电容C1上，使第一电容C1达到规定的放电电压，输出部分主要由单向可控硅SCR变压器T组成，达到规定的放电电压的第一电容C1经过SCR对变压器T进行放电，最后加载到高比重合金材料上。采用单片机4为核心对整体脉冲电源进行控制，包括控制单向可控硅SCR的导通时序和控制自带体二极管的IGBT3的导通时序并为其提供设定信号，从而正常稳定的为负载(高比重合金材料)提供连续的高密度脉冲电流。

变压器T的副边为脉冲电源的两个脉冲电流输出电极，输出电极可采用铜电极，即正、负输出铜电极，所述正、负输出铜电极分别接一个高比重合金材料的接电端子，当要对变压器T副边的高比重合金材料退火时，首先合上总开关K，再按照本实施方式所述方法进行退火。当脉冲电源工作时，通过控制外接键盘来调整脉冲电脉冲工艺参数为电流5000A～6000A、频率100Hz～600Hz、脉宽40μs～60μs，实时显示在LED显示屏上，示波器接口用来连接辅助工具示波器，利用红外线测温仪观察温升。脉冲电源对加载的高比重合金材料通电5s～20s，退火后得到高比重合金材料的延伸率提高2％～5％，强度指标略有提高。

参见图3所示，这是采用电脉冲退火工艺前后拉伸曲线的比较图，做实验的高比重合金材料选用φ2×75mm的圆棒，将工艺参数设置成如表1所示。实线代表退火前的拉伸曲线，虚线代表退火后的拉伸曲线，可以明显的看出：采用电脉冲退火后，高比重合金材料延伸率由9.8％提高到12％，即脆性降低，塑性提高，抗拉强度不但没有降低反而略有提高。

表1实验工艺参数

试样	电流(A)	频率(Hz)	脉冲宽度(μs)	时间(s)
					A	5000	600	50	0
B	5000	600	50	5
					C	5000	600	50	10
D	5000	600	50	15
					E	5000	600	50	20
F	5000	600	50	25

本发明提出了一种新的热处理工艺枛电脉冲退火工艺，即利用高密度电脉冲处理代替传统热效应处理的退火新方法。采用本方法，可以降低功耗，简化工艺过程，在提高塑性性能指标的同时保证材料的强度和硬度指标。

具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤二所述的脉冲电流的工艺参数为：电流5300A～5800A，频率300Hz～400Hz，脉宽45μs～55μs，其它与实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤二所述的脉冲电流的工艺参数为：电流5500A，频率300Hz，脉宽50μs，其它与实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤三所述的脉冲电源通电为10s～15s，其它与实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤三所述的脉冲电源通电为15s，其它与实施方式一相同。

Claims

1.一种高比重合金材料电脉冲退火工艺方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

所述脉冲电源包括整流电路（1）、滤波电路（2）、自带体二极管的IGBT（3）、单片机（4）、第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第一电容（C1）、第一电感（L1）、单向可控硅（SCR）和变压器（T）；

整流电路（1）的正极输出端与滤波电路（2）的一端相连，整流电路（1）的正极输出端同时还与自带体二极管的IGBT（3）的漏极相连，自带体二极管的IGBT（3）的源极与第一二极管（D1）的阳极相连，第一二极管（D1）的阴极与第一电感（L1）的一端相连，第一二极管（D1）的阴极端同时还与第二二极管（D2）的阴极相连，第二二极管（D2）的阳极与第一电容（C1）的一端相连，第一电容（C1）的另一端与第一电感（L1）的另一端相连，第一电感（L1）和第一电容（C1）的连接点引出线与单向可控硅（SCR）的阳极相连，单向可控硅（SCR）的阴极与变压器（T）的原边绕组的一端相连，变压器（T）的原边绕组的另一端与第二二极管（D2）的阳极相连，单向可控硅（SCR）的控制极与单片机（4）的可控硅控制端相连，单片机（4）的IGBT控制端与自带体二极管的IGBT（3）的栅极相连，

整流电路（1）的负极输出端与滤波电路（2）的另一端相连，整流电路（1）的负极输出端同时还与第二二极管（D2）的阳极相连，并接地；

步骤四、自然冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的一种高比重合金材料电脉冲退火工艺方法，其特征在于，步骤二所述的脉冲电流的工艺参数为：电流5300A～5800A，频率300Hz～400Hz，脉宽45μs～55μs。

3.根据权利要求1所述的一种高比重合金材料电脉冲退火工艺方法，其特征在于，步骤二所述的脉冲电流的工艺参数为：电流5500A，频率300Hz，脉宽50μs。

4.根据权利要求1所述的一种高比重合金材料电脉冲退火工艺方法，其特征在于，步骤三所述的脉冲电源通电为10s～15s。

5.根据权利要求1所述的一种高比重合金材料电脉冲退火工艺方法，其特征在于，步骤三所述的脉冲电源通电为15s。