熱溫成形除能夠快速形成高度復雜的幾何形狀之外,還可以提供大量的金屬晶粒流動和機械性能優勢,在擠壓和鍛造時,形成的纖維狀晶粒結構可以阻止裂紋的發展和改善沖擊和疲勞性能,常見的熱溫成形金屬材料中,碳鋼無疑是最常見的。但隨著鋁、鎂、鈦和超合金等有色金屬鍛件或擠壓件在汽車、鐵路、航空航天等行業的廣泛應用,有色金屬材料的需求量也越來越大。
溫度顯著影響合金的成形性及其形成優質產品的能力。多數碳鋼的熱成形溫度通常在1200 ~1300℃左右(溫成形應用的溫度可能要低得多),但不同牌號有色金屬合金的目標溫度相差較大。在大多數應用中,客戶不會簡單地只要求提高工件的平均溫度,還會強調溫度均勻性。這些溫度均勻性要求,通常定義在某一方向(例如徑向均勻性、縱向均勻性等)或總體上。此外還有一些成形應用要求在加熱過程后達到一定的溫度不均勻性。例如大型鋁合金坯料的等溫正向擠壓,為了在成形過程中保持近等溫條件,通常需要一定的縱向溫度梯度,來提高產品質量和工具壽命。
材料性質的實際意義
鋁、銅、銀和鎂合金等感應加熱材料,不僅具有相對較高的導熱系數,還具有高導電性(即低電阻率)。因此,交流電帶來的集膚效應,在這些材料中將會非常顯著,感應產生的熱量會集中在接近材料表面的位置,φ100mm 坯料的鋁(Al6061)與奧氏體不銹鋼(SS304)放置在相同感應器和電磁場中的徑向功率密度,如圖1 所示。
當加熱材料的目標溫度接近其熔點時,靠近這些材料表面的磁通量線密度也會引起工件端部過熱的情形,如圖2 所示。這種現象是因工件末端的磁場線變形造成的。在靜態加熱系統中,可通過選擇合適的頻率、功率密度、線圈長度和線圈直徑來解決。在連續式加熱過程中,這種現象也須注意。盡管坯料是由端到端系統進料,但是坯料在某一瞬態生產條件下,仍會有明顯的電磁端部效應。