[发明专利]一种板材快速高温加热方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种能对板材进行快速高温加热的方法和装置，具体涉及一种可用于加热热冲压用钢高温成形极限试验试样的方法及装置。

背景技术

热冲压是最近二十多年发展起来的新型成形技术，其工艺特征是将原始强度在400～600Mpa左右的Boron钢板加热到奥氏体温度范围，快速移动到模具并快速冲压，在压机保压状态下通过模具快速冷却零件以实现淬火强化，得到马氏体组织和1500Mpa左右，甚至更高的抗拉强度。热冲压零件在车身结构上的使用，可以极大的提高车身的碰撞安全性，减轻车身重量，满足汽车行业对安全性，节能环保和舒适性的要求。

在国外已有研究机构或企业开展了热冲压成形材料、工艺和模具的研究，如：阿塞洛早在2002年就成功开发了商用的热成形用钢板USIBOR1500，并为汽车厂生产防撞梁、立柱加强板，进行热冲压成形高强度钢板的开发和使用技术的研究。高温的成形极限有其特殊性，无法沿用传统常温下的成形极限试验装备和方法。高温成形极限试验要求试样在3分钟内快速加热至950℃后，保温1分钟，待材料组织均匀奥氏体化，再冷却至某设定的试验温度进行试验。在所设定的试验温度下进行胀形至破裂，测量破裂边缘两方向的应变值，绘制成形极限图。传统的常温成形极限试验采用在试样上绘制网格，用圆凸模胀型的方式使板料变形。为了测量材料在高温条件下的成形极限性能，则需要实现试样的快速加热，保温、变形过程中温度稳定的同时，需要保证试样表面不被过度氧化，以便能准确测量变形后材料的应变

目前国内外对金属材料的加热一般采用加热炉的热传导加热，电阻加热及感应加热。加热炉占用空间大，升温慢，开炉门放取试样后炉温下降很快，无法保证试样快速升温的要求；电阻加热速度快，但试样两端需要导电用的加持钳，不方便试样取出，且整个试样温度不均匀，形成中间高，两端低的温度梯度；感应加热对圆棒状材料加热效果较好，对于厚度5mm以下的金属板材，由于其自身表面积大，直接暴露在空气加热时散热快，无法达到900℃以上的高温，且极易被氧化，另外，由于感应加热的集肤效应，对板材的感应加热常常因感应电流分布不均匀而导致板材温度不均匀，甚至出现板材局部熔化。

为此，现迫切需要一种符合热冲压成形工艺的快速高温加热方法及装置，用于加热高温成形极限试验试样，和相关的试验机一起，通过一定的试验方法，可研究热冲压成形材料或工艺的特性，满足科研，用户技术支持的需要。

发明内容

为了能够满足高温成形极限试验要求，实现金属板材试样快速均匀加热至950度，在加热后对试样能在稳定的高温下进行保温，并防止加热和保温过程中试样过度氧化，本发明提供了一种板材快速高温加热方法及装置。

一种板材快速高温加热方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将惰性气体氦气充入水泥加热腔2中；

(2)开启感应加热电源对石墨内腔1加热至930-950℃；

(3)将金属板材试样放入石墨内腔1的空隙内，随后加热到930-950℃后并保温；

在所述加热过程中对感应线圈5以215±10ml/s流速通入冷却水。

在所述步骤(1)中，充气速度为10±2ml/s。

所述感应加热电源采用13.5KHZ的中频加热，功率为28.4KW。

所述感应线圈5以空心的紫铜管制成，弯制成220mm*220mm*50mm-500mm*500mm*80mm的矩形框，共20-80匝。

在所述加热过程中热电偶实时监控石墨内腔1温度，并由温控器控制感应线圈5的加热功率。

一种用于板材快速高温加热方法的装置，包括石墨内腔1，水泥加热腔2和感应线圈5，具体结构为：用水泥将弯制成矩形框的感应线圈5固定封装成一面开口的盒形水泥加热腔2，石墨内腔1放置于水泥加热腔2中央，并留有3-8mm的间隙，水泥加热腔2上部固定有保护气体充气口3，热电偶安装孔4和感应线圈电源接口6。

所述感应线圈电源接口6也是冷却水出口。

石墨内腔固定在水泥加热腔的中间，是产生热量，保证板材快速升温并且温度均匀的重要构件。石墨内腔尺寸为：200mm*200mm*30-450mm*450mm*50mm，中间加工有5*200mm的空隙。石墨化学性能稳定，导电性好，在感应电流的作用下从外到里被加热至所设定的温度。当金属板材放入中间的空隙后，通过热传导对金属板材加热，保温。