利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的方法，包括：将金属材料安装于深冷处理箱内，缠绕励磁线圈，并使励磁线圈不与金属材料接触；将深冷处理箱与液氮存储罐连通，将金属材料与脉冲电流发生器连接；将励磁线圈与脉冲磁场发生器连接；向深冷处理箱内输送液氮实时监测箱内温度，设置温度阈值为液氮温度

【技术实现步骤摘要】
利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的方法及装置


[0001]本专利技术属于材料强韧化处理
，具体涉及一种利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的方法及装置。

技术介绍

[0002]在工业生产过程中，随着冷加工变形程度的增大，金属材料的加工硬化程度显著增加，表现为塑性下降，强度和硬度提高，往往需要对其进行多次中间退火处理(如钟罩式或箱式等温退火)才能继续进行加工，或者通过成品退火调控材料的组织和性能。但传统的等温退火方式存在生产效率低、处理周期长、产品表面质量差和组织性能不均匀、成本高等问题。
[0003]近年来，国内外学者已经开展了大量的脉冲电流对冷加工金属(Cu及其合金、铝合金、镁合金、钛合金等)再结晶行为的影响研究。结果表明，脉冲电流可以明显促进再结晶过程，推迟退火孪晶的形成，阻碍再结晶晶粒的长大，晶粒细化效果显著，有利于提高材料的加工性能和韧性。但传统的电脉冲处理过程中，受电流产生的焦耳热和外部条件的影响，其温度存在随机性，对于定量研究材料的性能具有一定的局限性，不利于准确的应用到工业生产加工中。
[0004]材料电磁制备是将电磁场应用到材料制备、加工等环节中，利用磁场来调控材料的组织及性能，已经成为材料领域新的研究热点。随着研究的不断深入，许多新的磁现象被不断发现，磁场在调控材料力学性能的方面也取得了显著的进展及性能的控制。且深冷环境下，金属材料的层错能降低，会产生大量的孪晶，孪晶有利于材料的性能强化。因此有必要开发一种利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的方法。

技术实现思路
<br/>[0005]本专利技术要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的方法及装置，可以达到提高金属材料强韧性的目标，克服许多金属材料强韧性匹配度不高的缺点。
[0006]本专利技术为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
[0007]一种利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将金属材料安装于深冷处理箱内的试样夹具上，在金属材料外周缠绕励磁线圈，并使励磁线圈不与金属材料接触；将深冷处理箱与液氮存储罐连通，将金属材料与脉冲电流发生器连接；将励磁线圈与脉冲磁场发生器连接；
[0009]S2、打开液氮存储罐开关，向深冷处理箱内输送液氮；通过深冷处理箱内的温度传感器实时监测箱内温度，设置温度阈值为液氮温度
‑
196℃，在达到温度阈值之前，持续通入液氮；在达到温度阈值之后，关闭液氮存储罐开关和增压阀控制器，使深冷处理箱内温度保持在温度阈值的时间为1～2h；
[0010]S3、深冷处理箱内温度稳定后，设置好脉冲电流发生器和脉冲磁场发生器参数，打
开脉冲电流发生器和脉冲磁场发生器；
[0011]S4、电磁复合场处理结束后，关闭脉冲电流发生器和脉冲磁场发生器，关闭液氮存储罐开关，取出金属材料，在室温中进行升温处理，直至室温。
[0012]上述方案中，设置的脉冲电流发生器参数包括：电流大小0～500A、脉冲频率50HZ、冲击时间0～2s；设置的脉冲磁场发生器参数包括：磁场强度0～1T、通电时间0～2s。
[0013]上述方案中，步骤S2中的深冷处理是从室温开始下降，冷却速度为5～10℃5555。
[0014]上述方案中，步骤S4中的升温速度为5～10℃5555。
[0015]相应的，本专利技术还提出一种利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的装置，用于实现上述的利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的方法，所述装置包括深冷处理箱，设置于所述深冷处理箱外部的液氮存储罐、脉冲电流发生器、脉冲磁场发生器、计算机系统，以及设置于所述深冷处理箱外部的试样夹具、温度传感器；所述液氮存储罐通过液氮导管与深冷处理箱连通，所述液氮导管上设有存储罐开关、增压阀控制器、流量控制阀；待处理的金属材料安装于所述试样夹具上，金属材料外周缠绕有励磁线圈，且励磁线圈不与金属材料接触，所述金属材料与脉冲电流发生器连接，所述励磁线圈与脉冲磁场发生器连接；所述温度传感器、增压阀控制器、流量控制阀分别与计算机系统连接。
[0016]上述方案中，所述试样夹具包括两个相对设置的U形卡槽，金属材料的两端分别设置于U形卡槽内部，并通过第一螺栓固定；两个U形卡槽分别与所述脉冲电流发生器的正负极连接以将电流传导给金属材料；两个U形卡槽的间距能够调节，以适应不同尺寸的金属材料。
[0017]上述方案中，所述深冷处理箱内部间隔设置两根金属导轨，两根金属导轨上分别设有一个金属滑块，两个金属滑块分别通过金属支架与两个U形卡槽连接，金属滑块能在金属导轨上移动，以调节两个U形卡槽的间距；两根金属导轨底部分别设有一个导电块，两个金属滑块分别通过导线与所述脉冲电流发生器的正负极连接。
[0018]上述方案中，所述深冷处理箱外表面设置隔热层。
[0019]上述方案中，所述隔热层为涂覆于深冷处理箱外表面的隔热的金属材料薄膜。
[0020]上述方案中，所述深冷处理箱与其他构件连接的接口处用密封胶密封，防止热量的传递。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]1、本专利技术在深冷环境下采用电磁复合场对金属材料进行强化处理，在深冷环境下耦合了电场和磁场，深冷环境下金属材料会产生孪晶结构，孪晶有利于金属材料塑性的提高，使材料在电磁复合场处理时保持较好的韧性。金属材料在动态磁场中产生振动，形成塑性变形，变形过程中通以脉冲电流时，由于电致塑性效应，流变应力大大降低，有利于原子的扩散和晶界的滑移，造成位错的重新分布以及结构变化。在单独的电场处理和磁场处理的基础上，将两者融合到一起，能够更大程度的提高其机械、力学性能，在提高其强度的同时保证较好的延伸率。
[0023]2、本专利技术通过实时准确的监控深冷处理箱内的温度，保证处理过程的准确性，能够提高应用到金属加工过程中的可靠性。
[0024]3、本专利技术对金属材料的强化是由表及里强化整个材料，并非强化材料的表层。
附图说明
[0025]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0026]图1是本专利技术方法采用的利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的装置的结构示意图；
[0027]图2是本专利技术实施例中室温环境和深冷电磁复合场处理后的屈服强度图；
[0028]图3是本专利技术实施例中室温环境和深冷电磁复合场处理后的延伸率图。
[0029]图1中：1、液氮存储罐；2、存储罐开关；3、液氮导管；4、增压阀控制器；5、流量控制阀；6、深冷处理箱；7、隔热层；8、温度传感器；9、第一螺栓；10、试样夹具；11、金属滑块；12、金属导轨；13、导电块；14、导线；15、第二螺栓；16、脉冲电流发生器；17、计算机系统；18、金属材料试样；19、励磁线圈；20、脉冲磁场发生器。
具体实施方式
[0030]为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将金属材料安装于深冷处理箱内的试样夹具上，在金属材料外周缠绕励磁线圈，并使励磁线圈不与金属材料接触；将深冷处理箱与液氮存储罐连通，将金属材料与脉冲电流发生器连接；将励磁线圈与脉冲磁场发生器连接；S2、打开液氮存储罐开关，向深冷处理箱内输送液氮；通过深冷处理箱内的温度传感器实时监测箱内温度，设置温度阈值为液氮温度
‑
196℃，在达到温度阈值之前，持续通入液氮；在达到温度阈值之后，关闭液氮存储罐开关和增压阀控制器，使深冷处理箱内温度保持在温度阈值的时间为1～2h；S3、深冷处理箱内温度稳定后，设置好脉冲电流发生器和脉冲磁场发生器参数，打开脉冲电流发生器和脉冲磁场发生器；S4、电磁复合场处理结束后，关闭脉冲电流发生器和脉冲磁场发生器，关闭液氮存储罐开关，取出金属材料，在室温中进行升温处理，直至室温。2.根据权利要求1所述的利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的方法，其特征在于，设置的脉冲电流发生器参数包括：电流大小0～500A、脉冲频率50HZ、冲击时间0～2s；设置的脉冲磁场发生器参数包括：磁场强度0～1T、通电时间0～2s。3.根据权利要求1所述的利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的方法，其特征在于，步骤S2中的深冷处理是从室温开始下降，冷却速度为5～10℃5555。4.根据权利要求1所述的利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的方法，其特征在于，步骤S4中的升温速度为5～10℃5555。5.一种利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的装置，其特征在于，用于实现权利要求1
‑
4任一项所述的利用深冷电磁复合场提高金属材料强韧性的方法，所述装置包括深冷处理箱，设置于所述深冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹飞，陈乐璇，华林，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：