一种基于电流能场辅助的新型金属薄板改性系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电流能场辅助的新型金属薄板改性系统及方法，包括：金属薄板改性加载平台、载荷平台、第一导电轧辊组、第二导电轧辊组和电源；金属薄板改性加载平台包括上层绝缘辊组和下层绝缘辊组，上层绝缘辊组包括多个上层绝缘辊，下层绝缘辊组包括多个下层绝缘棍；上层绝缘辊和下层绝缘辊相间分布且呈线性排列；上层绝缘辊组和下层绝缘辊组之间用于弯曲金属薄板；上层绝缘辊组和下层绝缘辊组的相对位置通过所述载荷平台调整；金属薄板穿过所述第一导电轧辊组、金属薄板改性加载平台和第二导电轧辊组，金属薄板和第一导电轧辊组、第二导电轧辊组、电源形成电流加热回路。本发明专利技术解决了现有技术耗能高、成本高、效率低的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电流能场辅助的新型金属薄板改性系统及方法


[0001]本专利技术涉及有色金属制备
，具体涉及一种基于电流能场辅助的新型金属薄板改性系统及方法。

技术介绍

[0002]为实现节能减排目的，航空航天、国防军工、汽车工业及轨道交通等领域对轻量化有着迫切需求，采用高性能轻质合金和轻量化结构设计是实现轻量化目标的重要途径之一。目前的趋势是采用比强度和比刚度更高的镁、铝、钛等高性能轻质合金材料，零件结构设计为复杂薄壁结构。轻质合金薄板的力学性能及成形性能是影响零件成形质量的关键因素，因此，制备组织性能优异的轻合金板材是目前面临的共性问题。金属板材的传统制备工艺通常需要经过多道次的轧制、挤压变形以及相应的中间退火，制备的镁、铝、钛合金板材由于变形方式的影响，通常呈现出强烈的板织构和沿变形方向拉长的变形晶粒组织，很难通过再结晶退火消除或弱化，导致轻合金板材严重的力学性能各向异性，降低板材成形性能，影响零件成形质量。因此，如何有效细化板材晶粒并弱化织构是目前轻合金板材制备方向的热点之一。
[0003]目前改善金属材料晶粒组织性能的原理和方法是引入大塑性变形和动态再结晶，细化晶粒的同时降低材料织构强度，例如等通道角挤压、累积叠轧、多向锻造、高压扭转等，但无法制备大尺寸坯料，且制备条件苛刻。目前，传统的轧制工艺无法满足细晶弱织构轻合金板材的制备需求，且传统工艺存在以下几个弊端：一是能耗高，模具的加热和保温需要消耗大部分热量，仅有少部分热量用于板材加热，导致制备过程能耗高；二是效率低，由于模具和板材坯料的加热方式为热辐射和热传导，且板材需要多道次回炉进行中间退火，导致制备过程效率低；三是模具寿命低，由于成形模具长时间处于高温状态，其表面氧化严重，导致模具使用寿命低，增加成本。因此，发展高效、绿色、节能的高性能轻质合金板材改性方法尤为迫切。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：现有的改善金属材料晶粒组织性能的方法，能耗高、无法制备大尺寸的金属薄板、效率低且容易使模具寿命减短，增加成本，本专利技术提供了解决上述问题的一种基于电流能场辅助的新型金属薄板改性系统及方法。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]一种基于电流能场辅助的新型金属薄板改性系统，包括：金属薄板改性加载平台、载荷平台、第一导电轧辊组、第二导电轧辊组和电源；
[0007]所述金属薄板改性加载平台安装在载荷平台上；所述金属薄板改性加载平台包括上层绝缘辊组和下层绝缘辊组，所述上层绝缘辊组包括多个上层绝缘辊，所述下层绝缘辊组包括多个下层绝缘棍；所述上层绝缘辊和下层绝缘辊均线性排列，所述上层绝缘辊和下层绝缘辊相间分布；所述上层绝缘辊组和下层绝缘辊组之间用于弯曲金属薄板；所述上层
绝缘辊组和下层绝缘辊组的相对位置通过所述载荷平台调整；所述第一导电轧辊组和所述第二导电轧辊组分别设置于所述金属薄板改性加载平台的两端；所述金属薄板穿过所述第一导电轧辊组、所述金属薄板改性加载平台和第二导电轧辊组，所述金属薄板与所述第一导电轧辊组、所述第二导电轧辊组和所述电源形成电流加热回路。
[0008]优选的，通过所述载荷平台使上层绝缘辊组下移，来调整所述上层绝缘辊组和下层绝缘辊组的相对位置。
[0009]优选的，所述第一导电轧辊组和第二导电轧辊组均包括两个导电轧辊，所述金属薄板分别穿过第一导电轧辊组的两个导电轧辊之间和第二导电轧辊组的两个导电轧辊之间。
[0010]具体的，所述电源为高能脉冲电源。
[0011]优选的，所述绝缘辊通过以下工艺制作而成：采用热作模具钢将原始辊加工成弯曲辊，再在弯曲辊表面喷涂绝缘ZrO2陶瓷层。
[0012]优选的，通过热喷涂的方式在所述弯曲辊表面喷涂绝缘ZrO2陶瓷层。
[0013]具体的，一种基于电流能场辅助的新型金属薄板改性方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1：对金属薄板加热至设定温度；
[0015]步骤2：调整上层绝缘辊组和下层绝缘辊组的相对位置，使所述金属薄板发生弯曲变形；
[0016]步骤3：对金属薄板施加牵引力，金属薄板在弯曲状态下沿牵引力方向移动，同时调节上层绝缘辊组和下层绝缘辊组的转速，使上层绝缘辊组和下层绝缘辊组的转速与金属薄板运动速率相同，金属薄板发生连续弯曲变形。
[0017]具体的，所述设定温度根据金属薄板的金属种类与变形需求确定，通过调节高能脉冲电源的电流参数对设定温度进行实时调整。
[0018]具体的，所述金属种类包括铝合金、镁合金和钛合金。
[0019]具体的，所述铝合金的设定温度为200～500℃，所述镁合金的设定温度为150～450℃，所述钛合金的设定温度为650～950℃。
[0020]本专利技术的工作原理：
[0021]本专利技术采用热作模具钢将原始辊加工成弯曲辊，通过热喷涂的方式在弯曲辊表面形成绝缘ZrO2陶瓷涂层，制成绝缘辊；采用上下两层阵列式多辊排列模式，形成金属薄板改性加载平台；所述金属薄板与所述第一导电轧辊组、所述第二导电轧辊组和所述电源形成电流加热回路，实现金属薄板的自阻加热；调整载荷平台，使上层绝缘辊组下移，金属薄板发生弯曲变形，在牵引力的作用下，实现金属薄板的连续弯曲剪切变形。本专利技术在热
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电
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力多场耦合作用下，使金属薄板发生动态再结晶，从而细化晶粒，弱化织构，可多次重复上述过程，进一步优化板材组织，达到金属薄板改性的目的。传统改善金属薄板晶粒组织性能的方法是引入大塑性变形和动态再结晶，细化晶粒的同时降低材料织构强度，这种方法无法制备大尺寸的金属薄板，本专利技术通过热
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电
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力多场耦合作用，使金属薄板可以在金属薄板改性加载平台上实现动态再结晶，可多道次重复金属薄板的电流能场辅助的改性过程，直至完成金属薄板所需细化晶粒并弱化织构的部分，不受金属薄板面积的限制，满足大尺寸金属薄板改性的需求。
[0022]本专利技术具有如下的优点和有益效果：
[0023]1.本专利技术一种基于电流能场辅助的新型金属薄板改性系统及方法，基于电流能场辅助的加工工艺方法利用电流的焦耳热效应，能使金属薄板迅速升温至高温状态，提高效率，减少耗能，此外其高效的加热方式可有效减少金属薄板表面氧化，提高产品表面质量；
[0024]2.本专利技术一种基于电流能场辅助的新型金属薄板改性系统及方法，模具不会长时间处于高温状态，提高了模具的使用寿命，降低了成本；
[0025]3.本专利技术一种基于电流能场辅助的新型金属薄板改性系统及方法，可在几乎不改变轻金属薄板厚度的基础上有效细化晶粒、弱化织构，降低金属薄板的力学性能各向异性，提高金属薄板的成形性能，可应用于大尺寸细晶弱织构金属薄板的高效、绿色制备。
附图说明
[0026]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：
[0027]图1为本专利技术的系统结构图。
[0028本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于电流能场辅助的新型金属薄板改性系统，其特征在于，包括：金属薄板改性加载平台、载荷平台、第一导电轧辊组、第二导电轧辊组和电源；所述金属薄板改性加载平台安装在载荷平台上；所述金属薄板改性加载平台包括上层绝缘辊组和下层绝缘辊组，所述上层绝缘辊组包括多个上层绝缘辊，所述下层绝缘辊组包括多个下层绝缘棍；所述上层绝缘辊和下层绝缘辊均线性排列，所述上层绝缘辊和下层绝缘辊相间分布；所述上层绝缘辊组和下层绝缘辊组之间用于弯曲金属薄板；所述上层绝缘辊组和下层绝缘辊组的相对位置通过所述载荷平台调整；所述第一导电轧辊组和所述第二导电轧辊组分别设置于所述金属薄板改性加载平台的两端；所述金属薄板穿过所述第一导电轧辊组、所述金属薄板改性加载平台和第二导电轧辊组；所述金属薄板与所述第一导电轧辊组、所述第二导电轧辊组和所述电源形成电流加热回路。2.根据权利要求1所述的基于电流能场辅助的新型金属薄板改性系统，其特征在于，通过所述载荷平台使上层绝缘辊组下移，来调整所述上层绝缘辊组和下层绝缘辊组的相对位置。3.根据权利要求1所述的基于电流能场辅助的新型金属薄板改性系统，其特征在于，所述第一导电轧辊组和第二导电轧辊组均包括两个导电轧辊，所述金属薄板分别穿过所述第一导电轧辊组的两个导电轧辊之间和所述第二导电轧辊组的两个导电轧辊之间。4.根据权利要求1所述的基于电流能场辅助的新型金属薄板改性系统，其特征在于，所述电源为高能脉冲电源。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖寒，宋阳曦，陈强，夏祥生，宁海青，柴舒心，王艳彬，肖兴茂，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：