CN108239690B - 一种用于板材及棒材的热处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于板材及棒材的热处理工艺，包括以下步骤：a.工件的两端分别与第一牵引装置、第二牵引装置连接进入加热区；第一牵引装置对工件其中一端施加第一拉伸力F1；第二牵引装置对工件的另一端施加第二拉伸力F2；第一拉伸力F1和第二拉伸力F2的施力方向相反；b.保持施加第一拉伸力F1和第二拉伸力F2的情况下，加热区将工件加热至预定温度并且保温一段时间；c.对工件的其中一端和/或另一端提供第一振动力f1；e.工件冷却。本发明的一种用于板材及棒材的热处理工艺，具有变形小，低内应力并且自行矫正弯曲等优点。

Description

一种用于板材及棒材的热处理工艺
技术领域
本发明涉及一种热处理工艺，尤其涉及一种用于板材及棒材的热处理工艺。
背景技术
在热处理领域，工件在加热区内加热时，板料或线条状工件通常在加热区内采用辊底炉或气垫炉进行加热。当温度升高到一定值后，工件材料的强度已迅速下降，此时有两种影响使得加热后的工件出现热变形。
如附图1所示，由于辊底炉内的辊是间断布置的，工件在加热区内的支撑点间有一定的距离，例如A区间中，工件在两根辊间就会因自身重力作用下产生弯曲，这一变形在降温后将不可恢复。如附图1所示，工件在加热区内加热时，各支撑点间的工件长度将动态的在升温的过程中伸长，(以铝合金板材在500mm辊距的辊底炉加热为例，温度升高500度，热伸长系数为25×10^-6时，则在一个辊距间的伸长量可达6.25mm)，并且，工件将与各支撑点间产生摩擦，由于热态下通常摩擦力都较大，两端的的热伸长由于未受到来自支撑点的摩擦力抑制可以正常伸长，而中间部分例如B区域中的工件，两端同时受到支撑点的摩擦力抑制以及来自相邻区域的工件部分挤压，热伸长的伸长量不能有效的释放，则极易导致工件在此区域的变形产生，特别是当工件板较薄时，这一现象极易发生。另外，对于线或条状工件也是如此。使得生产出的产品带有波浪纹或弯曲的质量问题。而在此变形的基础上，矫正后的工件定然会具有内应力，影响产品的品质。
此外，固溶加热通常需要一定的时间与张力，这样不利于效率的提高，同时由于张力较大需要有更大功率支持与更大的机械系统，通过引入激振力，不仅可以有效的缩短加热时间，还可以减小张力从而降低对机械系统的要求，从而可以更加高效的完成固溶淬火。
发明内容
本发明旨在解决上述所提及的技术问题，提供一种变形小，低内应力并且自行矫正弯曲的用于板材及棒材的热处理工艺。
本发明是通过以下的技术方案实现的：
一种用于板材及棒材的热处理工艺，包括以下步骤：
a.工件的两端分别与第一牵引装置、第二牵引装置连接进入加热区；第一牵引装置对工件其中一端施加第一拉伸力F1；第二牵引装置对工件的另一端施加第二拉伸力F2；第一拉伸力F1和第二拉伸力F2的施力方向相反；
b.保持施加第一拉伸力F1和第二拉伸力F2的情况下，加热区将工件加热至预定温度并且保温一段时间；
c.通过在第一牵引装置和/或第二牵引装置设置振动源或者起振器，以用于对所述工件(100)的其中一端和/或另一端提供第一振动力f1和/或第二振动力f2。
e.工件冷却。
优选的，在步骤c和步骤e之间还包括步骤d：第一牵引装置对工件其中一端施加第三拉伸力F3；第二牵引装置对工件的另一端施加第四拉伸力F4；第三拉伸力F3和第四拉伸力F4的施力方向相反，工件进入淬火区，完成带张力淬火过程。
优选的，步骤d中：工件从其中一端往另一端进行均匀的淬火。
优选的，步骤d中：第三拉伸力F3以及第四拉伸力F4的大小为X％σ；其中σ为工件的材质在对应加热温度时的屈服强度，X与材质有关，工件为铝及铝合金时，X＝1～35％，工件为镁合金时，X＝1～30％，工件为钢铁及钢铁合金时，X＝1～45％。
优选的，步骤a中：第一拉伸力F1以及第二拉伸力F2为变量，其大小X％σ；其中σ为工件的材质在对应加热温度时的屈服强度，X与材质有关，工件为铝及铝合金时，X＝1～35％，工件为镁合金时，X＝1～30％，工件为钢铁及钢铁合金时，X＝1～45％。
优选的，步骤b中：控制第一拉伸力F1和第二拉伸力F2的大小，使得工件在加热区内往复移动。
优选的，步骤b中：工件往复移动的速度为10～1500mm/min。
优选的，步骤c中：第一牵引装置和/或第二牵引装置设置有振动源；第一振动力f1和第二振动力f2振动的方向与第一拉伸力F1平行。
优选的，步骤e中：工件100进入冷却区3进行冷却，第一牵引装置对工件其中一端施加第五拉伸力F5；第二牵引装置对工件的另一端施加第六拉伸力F6；第五拉伸力F5与第六拉伸力F6等大反向；工件在第五拉伸力F5以及第六拉伸力F6作用下冷却。
优选的，步骤e中：第五拉伸力F5以及第六拉伸力F6的大小为X％σ；其中σ为工件的材质在对应加热温度时的屈服强度，X与材质有关，工件为铝及铝合金时，X＝1～35％，工件为镁合金时，X＝1～30％，工件为钢铁及钢铁合金时，X＝1～45％。
有益效果是：
与现有技术相比，一种用于板材及棒材的热处理工艺通过在工件的两端分别设置第一牵引装置以及第二牵引装置，在加热区进行加热的同时对工件施加微张力，通过微张力抵消重力的影响，同时由于具有微张力，在工件发生热伸长时，第一牵引装置以及第二牵引装置通过适当的调节距离保正工件的正常伸展，防止因支撑点摩擦抑制带来的弯曲变形；在工件加热保温的同时，通过第一牵引装置以及第二牵引装置对工件两端施加高频的振动力，由于工件高温下的状态相对较软，使得工件原始的细微波纹扭转以及弯曲可自行恢复，且不会因此产生形变的内应力，使得产品的质量更佳。
附图说明
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：
图1为现有技术加热过程的变形示意图；
图2为工件在加热区受力示意图；
图3为工件在热处理过程中的受力示意图。
具体实施方式
一种用于板材及棒材的热处理工艺，包括以下步骤：
a.工件100的两端分别与第一牵引装置、第二牵引装置连接进入加热区1；第一牵引装置对工件100其中一端施加第一拉伸力F1；第二牵引装置对工件100的另一端施加第二拉伸力F2；第一拉伸力F1和第二拉伸力F2的施力方向相反；
b.保持施加第一拉伸力F1和第二拉伸力F2的情况下，加热区1将工件100加热至预定温度并且保温一段时间，完成带张力加热的过程；
c.对工件100的其中一端和/或另一端提供第一振动力f1；在加热、保温以及后续的淬火冷却的过程中，由第一牵引装置或第二牵引装置对工件100的其中一端提供第一振动力f1，其反作用力为f2，第一振动力f1与第二振动力f2等大反向；同时，为了起振灵活，也可对工件100的另一端提供第二振动力f2；从两个方向分别起振或者同时起振，。
e.工件100冷却。
工件100可为板形或长条形。工件100的材料可以是常见的铝合金、镁合金或者钢铁合金。沿工件100较大长度方向的两端分别与第一牵引装置、第二牵引装置以及第二牵引装置连接。工件100的两端可以设置凸起、凹部或者通孔便于第一牵引装置和第二牵引装置抓取。同时第一牵引装置和第二牵引装置也可以设置仿形的爪极以增强抓取力。如图1所示，工件100在加热区1进行加热以及保温过程中厚度方向容易因为重力以及工装设备的摩擦力发生弯曲变形。如图2所示，此时在工件100上施加第一拉伸力F1以及第二拉伸力F2，加热时抵消这两类力，从而防止工件100变形，最终在冷却后得到变形小、初始内应力低的工件100以供后续加工。第一拉伸力F1以及第二拉伸力F2为X％σ；其中σ为工件100的材质在对应加热温度时的屈服强度，X与材质有关，各种合金性质不一，因此其屈服强度取值范围有所差异，不能取值过大会导致高温下工件变形，也不能取值过小无法取得相应的效果，通过大量的实验观察，铝合金适宜取值1％～35％，如7075铝合金固溶淬火，加热温度460～465℃，在此温度下材料的σ(有的材料不明显，采用σ0.2，本处统一以σ替代)为20Mpa，张应力取1.5～1.6Mpa，相当于7.5～8％σ，固溶淬火后工件在张力方向上的长度基本上保持不变；若在同样条件下进行固溶淬火，张应力为6.8～7Mpa，相当于34～35％σ，6000mm长的板料在固溶淬火后长度变为6006mm，长度增加了0.1％，因此在微张力的作用下，板料已经产生塑性变形，所以张应力应以不大于35％为宜。同样的实验，镁合金适宜取值1～30％，钢铁合金适宜取值1～45％，可满足常规的加工要求。在这种设计下，既能有效的通过第一拉伸力F1以及第二拉伸力F2张紧工件100防止变形，也不会导致工件100因为第一拉伸力F1以及第二拉伸力F2出现不必要的热伸长。同时，第一拉伸力F1以及第二拉伸力F2可随着工件100温度的变化而变化，以适应不同温度下的屈服强度，使得带张力的加热过程可控。
如图2所示，在上段所述的带张力的加热以及保温过程中，除了提供第一拉伸力F1以及第二拉伸力F2，可同时加入第一振动力f1或第二振动力f2，也可以间歇性的加入第一振动力f1以及第二振动力f2。具体的间隔时间视工件100材料、长度、厚度以及温度不同而有所不同。当温度较低时可以适当增加时间，当厚度较薄时，可以适当减小时间。振动力是中频振动所形成的共振力，其频率范围约1～200Hz，如7050铝合金30mm厚板材，在450℃下，每隔1小时加入一次振动，振动时间为12～15min，振动频率取66～68Hz，加速度约为40～80m/s。在此参数下固溶性能更佳。通过不断的振动，实现工件100组织应力松驰的效果，同时在张力的作用下，工件100原本具有的波浪弯曲凹陷等缺陷在不断张紧的过程中变得平直从而实现修复。相比在冷却状态下修复上述缺陷留存内应力，频率振动通过在加热以及保温过程中修复，不会留下内应力，使得工件100的质量更佳。
完成上述的带张力加热、保温以及振动等内容后，维持第一拉伸力F1以及第二拉伸力F2的情况下，工件100冷却，得到所需要的内应力小且变形小的工件100。
较佳的实施方式，一些合金的热处理除了加热保温以及冷却外可能还涉及到淬火以改变相应的性能。可在步骤c和步骤e之间还包括步骤d：第一牵引装置对工件100其中一端施加第三拉伸力F3；如图3所示的受力示意图；第二牵引装置对工件100的另一端施加第四拉伸力F4；第三拉伸力F3和第四拉伸力F4的施力方向相反，工件100进入淬火区2，较佳的实施方式，工件100从其中一端往另一端进行均匀的淬火，完成带张力淬火过程。防止在淬火过程中，因为冷却导致的形变，从而得到平直的工件100。
较佳的实施方式，步骤d中：第三拉伸力F3以及第四拉伸力F4的大小为X％σ；其中σ为工件100的材质在对应加热温度时的屈服强度，X与材质有关，工件100为铝及铝合金时，X＝1～35％，工件100为镁合金时，X＝1～30％，工件100为钢铁及钢铁合金时，X＝1～45％。既能有效的通过第三拉伸力F3以及第四拉伸力F4张紧工件100防止变形，也不会导致工件100因为第三拉伸力F3以及第四拉伸力F4出现不必要的热伸长。由于淬火是一个温度快速变换的过程，因此，第三拉伸力F3以及第四拉伸力F4可由计算机预先设定好变化曲线通过第一牵引装置以及第二牵引装置施放，适应不同温度下的屈服强度，使得带张力的淬火过程可控。
较佳的实施方式，步骤b中：控制第一拉伸力F1和第二拉伸力F2的大小，使得工件100在加热区1内往复移动，具体的，工件100往复移动的速度可为10～1500mm/min，具体视装置大小、工件100尺寸以及加热程度而定，使得加热效果均匀。
较佳的实施方式，步骤c中：第一牵引装置和/或第二牵引装置设置有振动源或者起振器；由振动源提供第一振动力f1和/或第二振动力f2，第一振动力f1和第二振动力f2的振动方向可与第一拉伸力F1平行，方便力的合成，使得工艺简单。
较佳的实施方式，对于铝合金以及镁合金这一类需要固熔强化加拉升工艺来说，在步骤e中：工件100进入冷却区3进行冷却，第一牵引装置对工件100其中一端施加第五拉伸力F5；第二牵引装置对工件100的另一端施加第六拉伸力F6；第五拉伸力F5与第六拉伸力F6等大反向；工件100在第五拉伸力F5以及第六拉伸力F6作用下冷却。保证在冷却的过程中张力仍然存在。第五拉伸力F5以及第六拉伸力F6的大小为X％σ；其中σ为工件100的材质在对应加热温度时的屈服强度，X与材质有关，工件100为铝及铝合金时，X＝1～35％，工件100为镁合金时，X＝1～30％，工件100为钢铁及钢铁合金时，X＝1～45％。既能有效的通过第五拉伸力F5以及第六拉伸力F6张紧工件100防止冷却变形，也不会导致工件100因为第五拉伸力F5以及第六拉伸力F6出现不必要的拉伸变形。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种用于板材及棒材的热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a.工件(100)的两端分别与第一牵引装置、第二牵引装置连接进入加热区(1)；
所述第一牵引装置对所述工件(100)其中一端施加第一拉伸力F1；所述第二牵引装置对所述工件(100)的另一端施加第二拉伸力F2；所述第一拉伸力F1和所述第二拉伸力F2的施力方向相反；
b.保持施加第一拉伸力F1和第二拉伸力F2的情况下，所述加热区(1)将所述工件(100)加热至预定温度并且保温一段时间，并且控制所述第一拉伸力F1和所述第二拉伸力F2的大小，使得所述工件(100)在所述加热区(1)内往复移动；
c.通过在第一牵引装置和/或第二牵引装置设置振动源或者起振器，以用于对所述工件(100)的其中一端和/或另一端提供第一振动力f1和/或第二振动力f2；
e.工件(100)冷却。
2.根据权利要求1所述的用于板材及棒材的热处理工艺，其特征在于，在步骤c和步骤e之间还包括步骤d：所述第一牵引装置对所述工件(100)其中一端施加第三拉伸力F3；所述第二牵引装置对所述工件(100)的另一端施加第四拉伸力F4；所述第三拉伸力F3和所述第四拉伸力F4的施力方向相反，所述工件(100)进入淬火区(2)，完成带张力淬火过程。
3.根据权利要求2所述的用于板材及棒材的热处理工艺，其特征在于，步骤d中：所述工件(100)从其中一端往另一端进行均匀的淬火。
4.根据权利要求2所述的用于板材及棒材的热处理工艺，其特征在于，步骤d中：所述第三拉伸力F3以及第四拉伸力F4的大小为X％σ；其中σ为所述工件(100)的材质在对应加热温度时的屈服强度，X与材质有关，所述工件(100)为铝及铝合金时，X＝1～35％，所述工件(100)为镁合金时，X＝1～30％，所述工件(100)为钢铁及钢铁合金时，X＝1～45％。
5.根据权利要求1至4任一项所述的用于板材及棒材的热处理工艺，其特征在于，步骤a中：所述第一拉伸力F1以及第二拉伸力F2为变量，其大小为X％σ；其中σ为所述工件(100)的材质在对应加热温度时的屈服强度，X与材质有关，所述工件(100)为铝及铝合金时，X＝1～35％，所述工件(100)为镁合金时，X＝1～30％，所述工件(100)为钢铁及钢铁合金时，X＝1～45％。
6.根据权利要求5所述的用于板材及棒材的热处理工艺，其特征在于，步骤b中：所述工件(100)往复移动的速度为10～1500mm/min。
7.根据权利要求1至4任一项所述的用于板材及棒材的热处理工艺，其特征在于，步骤c中：所述第一牵引装置和/或所述第二牵引装置设置有振动源。
8.根据权利要求1至4任一项所述的用于板材及棒材的热处理工艺，其特征在于，步骤e中：所述工件(100)进入冷却区(3)进行冷却，所述第一牵引装置对所述工件(100)其中一端施加第五拉伸力F5；所述第二牵引装置对所述工件(100)的另一端施加第六拉伸力F6；所述第五拉伸力F5与所述第六拉伸力F6等大反向；所述工件(100)在所述第五拉伸力F5以及所述第六拉伸力F6作用下冷却。
9.根据权利要求8所述的用于板材及棒材的热处理工艺，其特征在于，步骤e中：所述第五拉伸力F5以及第六拉伸力F6的大小为X％σ；其中σ为所述工件(100)的材质在对应加热温度时的屈服强度，X与材质有关，所述工件(100)为铝及铝合金时，X＝1～35％，所述工件(100)为镁合金时，X＝1～30％，所述工件(100)为钢铁及钢铁合金时，X＝1～45％。
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