热温成形除能够快速形成高度复杂的几何形状之外,还可以提供大量的金属晶粒流动和机械性能优势,在挤压和锻造时,形成的纤维状晶粒结构可以阻止裂纹的发展和改善冲击和疲劳性能,常见的热温成形金属材料中,碳钢无疑是最常见的。但随着铝、镁、钛和超合金等有色金属锻件或挤压件在汽车、铁路、航空航天等行业的广泛应用,有色金属材料的需求量也越来越大。
温度显著影响合金的成形性及其形成优质产品的能力。多数碳钢的热成形温度通常在1200 ~1300℃左右(温成形应用的温度可能要低得多),但不同牌号有色金属合金的目标温度相差较大。在大多数应用中,客户不会简单地只要求提高工件的平均温度,还会强调温度均匀性。这些温度均匀性要求,通常定义在某一方向(例如径向均匀性、纵向均匀性等)或总体上。此外还有一些成形应用要求在加热过程后达到一定的温度不均匀性。例如大型铝合金坯料的等温正向挤压,为了在成形过程中保持近等温条件,通常需要一定的纵向温度梯度,来提高产品质量和工具寿命。
材料性质的实际意义
铝、铜、银和镁合金等感应加热材料,不仅具有相对较高的导热系数,还具有高导电性(即低电阻率)。因此,交流电带来的集肤效应,在这些材料中将会非常显著,感应产生的热量会集中在接近材料表面的位置,φ100mm 坯料的铝(Al6061)与奥氏体不锈钢(SS304)放置在相同感应器和电磁场中的径向功率密度,如图1 所示。
当加热材料的目标温度接近其熔点时,靠近这些材料表面的磁通量线密度也会引起工件端部过热的情形,如图2 所示。这种现象是因工件末端的磁场线变形造成的。在静态加热系统中,可通过选择合适的频率、功率密度、线圈长度和线圈直径来解决。在连续式加热过程中,这种现象也须注意。尽管坯料是由端到端系统进料,但是坯料在某一瞬态生产条件下,仍会有明显的电磁端部效应。