本发明涉及热处理技术领域，特别地，涉及一种往复式电脉冲辅助滚压的热处理装置和方法。
背景技术：
金属热处理是调控金属或合金相转变、析出、相组成，以得到不同组织结构，优化材料性能的工艺手段。整体热处理是最为常用的热处理工艺，主要包含淬火、回火、正火、退火以及它们之间配合使用的其它形式。其工艺过程均是将金属材料加热到一定温度，经过一定时间的保温来促进元素扩散，然后使用不同的介质冷却(水、油、空气)。热处理时通过控制加热温度、加热速度、冷却速度和保温时间实现对组织结构和性能的控制。传统的热处理方法中，一般是将多个工件安装在具有壳体的热处理炉，工件接受热量的方式主要是热辐射和热传导，热量传输速度慢、耗散快，加热时间往往很长。同时，对大型工件热处理进行热处理时，制件加热不均匀问题尤为突出，热处理后材料组织均匀性和性能一致性较差情况明显。另外，传统热处理工艺过程较复杂，还容易造成环境污染等问题。
电脉冲处理作为一种改善固态金属性能的新型技术手段，依靠焦耳热可快速加热制件，同时，电子流与原子间存在的强相互作用使材料热膨胀滞后于温升，形成的瞬时热压应力，利于改善微结构。专利号：2018113527247公开了一种电脉冲辅助热挤压成形方法。该发明能够显著降低成形压力，细化晶粒，提升产品质量。专利号：201910812095x将传统加热方式与电脉冲相结合，提出了一种热辅助电脉冲处理方法，该方法可以减少升温过程对金属材料组织的影响，能提供一个相对稳定的温度场。上述专利均引入了电脉冲，一定程度上改善了材料微观组织性能，但采用电脉冲辅助的时间、温度与常规热处理时间一致，耗时较长，不仅降低了生产效率，也造成巨大的加热能耗。
因此，提出一种既能完善成形性能，又能减少成本的热处理装置和方法，具有举足轻重的意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种往复式电脉冲辅助滚压的热处理装置和方法，以解决上述现有技术存在的问题。热处理时，通过电脉冲处理装置和滚压装置同时对金属板料施加脉冲电场和循环应力场，提高溶质原子扩散速率、强化析出相均匀性、析出速度和析出数量，进而降低能耗，提高金属热处理质量和效率，降低生产成本。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供一种往复式电脉冲辅助滚压的热处理装置，包括交流电源、控制器、机座、压边装置、电脉冲处理装置和滚压装置，所述压边装置设置在所述机座上，用于对置于所述机座上的待处理的金属板料进行压紧；所述电脉冲处理装置包括脉冲整流器、阳极电刷和阴极电刷，所述阳极电刷和阴极电刷的电刷头分别用于与所述金属板料两端相接触；所述交流电源与所述控制器相连，所述控制器与所述滚压装置和脉冲整流器分别相连，所述脉冲整流器与所述阳极电刷和阴极电刷分别相连；所述滚压装置设置在所述机座的上方，用于对置于所述机座上的金属板料进行往复滚压。
进一步的，所述压边装置包括设置在所述机座两端的至少两个压边座，每个所述压边座靠近金属板料的一侧各设有一个压边滑条，所述压边座上贯穿有与所述压边滑条连接的压边螺杆，所述压边螺杆用于控制所述压边滑条对所述金属板料压紧力的大小。
进一步的，所述压边座靠近所述金属板料的一侧底部设有开口，所述压边滑条的一端伸入所述开口内并与所述压边螺杆的下端固定连接。
进一步的，所述机座以及所述压边滑条用于与所述金属板料相接触的部分均设置有橡胶垫。
进一步的，所述机座两端还分别设有一个卡线座，所述卡线座上设置有卡线套。
进一步的，所述滚压装置包括保持架、滚压头支撑和滚压头，所述滚压头支撑设置在所述保持架底部，所述滚压头设置在所述滚压头支撑内。
本发明还提供一种基于上述热处理装置的往复式电脉冲辅助滚压的热处理方法，包括如下步骤：
步骤1、将待处理的金属板料放置在热处理装置的机座上，并利用压边装置对所述金属板料进行装夹固定；接着，将阳极电刷和阴极电刷的电刷头分别接触金属板料的边缘；
步骤2、启动电脉冲处理装置，利用电脉冲向所述金属板料施加电脉冲，并开始计时；在对所述金属板料施加电脉冲的同时，滚压装置的滚压头也开始对所述金属板料进行往复滚压，待金属材料达到其热处理对应的性能，停止电脉冲和滚压；
步骤3、将经滚压处理后的金属板料冷却至室温，得到热处理后的金属板料产品。
进一步的，所述步骤2中电脉冲的加热温度为30～650℃，脉冲电流强度为0.1-6000a，脉冲频率为10～1000hz，脉冲占空比为10％～90％。
进一步的，所述步骤2施加在所述金属板料上的电脉冲和往复滚压时间为8s～60min。
进一步的，所述步骤2中的滚压变形力在金属板料的屈服强度以内。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)、本发明通过设置电脉冲处理装置和滚压装置，在电脉冲处理装置向金属板料施加高频脉冲电流时，滚压装置往复滚压驱动金属板料的溶质原子在热力运动和脉冲电子冲击的共同作用下扩散能力增强，降低了活化能，提高了热处理后金属板料的组织质量和性能，相析出均匀性大幅提高。
(2)、本发明中往复滚压产生的循环应力驱动溶质原子的扩散从而形成大量细小而均匀的原子团簇，并源源不断地产生空位，这些原子团簇可以强有力的阻碍位错运动，从而达到强化效果，相对于纯热处理，晶界附近组织更加均匀，具有更强的抗破坏能力。
(3)、本发明使得合金元素利用率提高，可在确保达到使用性能的前提下，可以减少合金元素的添加量，起到节省生产成本的目的。
(4)、本发明热处理所须温度更低，热处理时间更短，减少了热量传递过程，降低了热量耗散，节省生产成本。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明一种往复式电脉冲辅助滚压的热处理装置的结构示意图；
图2是本发明的电路连接方框示意图；
图3是本发明一种往复式电脉冲辅助滚压的热处理方法的工艺流程图；
其中，1-交流电源，2-控制器，3-机座，4-脉冲整流器，5-阳极电刷，6-阴极电刷，7-压边座，8-压边滑条，9-压边螺杆，10-橡胶垫，11-卡线座，12-卡线套，13-保持架，14-滚压头支撑，15-滚压头，16-绝缘护套，17-保温隔热罩，a-金属板料。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
请参见图1和图2，本发明实施例提供一种往复式电脉冲辅助滚压的热处理装置，包括交流电源1、控制器2、机座3、压边装置、电脉冲处理装置和滚压装置。具体结构如下：机座上设置有用于对置于机座上的待处理的金属板料a进行压紧的压边装置，该压边装置包括设置在机座两端的至少两个压边座7，每个压边座靠近金属板料a的一侧设有各设有一个压边滑条8，压边座上贯穿有与压边滑条连接的压边螺杆9，压边螺杆用于控制压边滑条对金属板料压紧力的大小。其中，压边座具有螺纹孔，压边螺杆的一端螺纹连接在螺纹孔中；压边座靠近胚料的一侧底部设有与螺纹孔相通的开口，压条的一端伸入开口内并与压边螺杆的下端固定连接。使用时，通过旋合压边螺杆，来调节压条的位置高度，以达到调节压条对胚料a压紧力大小的目的。该结构设置中压边座的数量可根据胚料的实际尺寸具体设置。
在本发明较佳的实施例中，电脉冲处理装置包括脉冲整流器4、阳极电刷5和阴极电刷6，阳极电刷和阴极电刷的电刷头分别与金属板料两端的边缘相接触。控制器可控制电脉冲处理装置对置于机座上的金属板料施加高频脉冲电流，以实现对金属板料加热。滚压装置设置在机座的上方，该滚压装置包括保持架13、滚压头支撑14和滚压头15，滚压头支撑设置在保持架底部，滚压头设置在滚压头支撑内。控制器可控制滚压头向金属板料的方向进给运动和控制滚压头沿金属板料的长度方向往复滚压。该结构中，滚压头进给(向金属板料的方向运动)，进给可以分多次进给也可以单次，每次进给的量/速度根据要由材料本身的参数决定，金属板料在厚度方向的变形在材料的屈服强度以内，然后滚压头沿长度方向往复运动，往复运动的速度以及往复次数由材料本身的性质决定。
在本发明较佳的实施例中，机座两端分别设有一个卡线座11，卡线座上设置有卡线套12；卡线座和卡线套是塑料材质制成。进一步的，穿过卡线套的线路外层还包裹有绝缘护套16，可有效延长线路的使用寿命。同时，为防止金属板料表面损伤，机座顶面以及压边滑条用于与金属板料相接触的部分均设置有橡胶垫10。
在本发明较佳的实施例中，该热处理装置还包括有罩设在其外部的保温隔热罩17，可有效防止热量散失，进一步降低生产成本。
请参见图3，在本发明还提供一种往复式电脉冲辅助滚压的热处理方法，包括如下步骤：
步骤1、将待处理的金属板料a放置在热处理装置的机座3上，并利用压边装置对金属板料进行装夹固定，也即是通过旋合压边螺杆带动压边滑条压紧金属板料边缘实现其的装夹固定。接着，将阳极电刷5和阴极电刷6的电刷头分别接触金属板料a的边缘。
步骤2、启动电脉冲处理装置，利用电脉冲向金属板料施加电脉冲，并开始计时；在对金属板料施加电脉冲的同时，滚压装置的滚压头15也开始对金属板料进行往复滚压，待金属材料达到其热处理对应的性能，停止电脉冲和滚压；其中，目标温度为30～650℃，脉冲电流强度为0.1-6000a，脉冲频率为10～1000hz，脉冲占空比为10％～90％；滚压变形力在金属板料的屈服强度以内。
步骤3、将滚压后的金属板料冷却至室温，得到热处理后的金属板料。
在本发明实施例中，对胚料施加脉冲的时长和滚压的时长可根据热处理所要达到的效果进行设定。滚压后的金属板料冷却方式可根据用户的需求确定，冷却方式包括水冷、空冷和油冷等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种往复式电脉冲辅助滚压的热处理装置，其特征在于，包括交流电源(1)、控制器(2)、机座(3)、压边装置、电脉冲处理装置和滚压装置，所述压边装置设置在所述机座上，用于对置于所述机座上的待处理的金属板料(a)进行压紧；所述电脉冲处理装置包括脉冲整流器(4)、阳极电刷(5)和阴极电刷(6)，所述阳极电刷和阴极电刷的电刷头分别用于与所述金属板料两端相接触；所述交流电源与所述控制器相连，所述控制器与所述滚压装置和脉冲整流器分别相连，所述脉冲整流器与所述阳极电刷和阴极电刷分别相连；所述滚压装置设置在所述机座的上方，用于对置于所述机座上的金属板料(a)进行往复滚压。
2.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，所述压边装置包括设置在所述机座两端的至少两个压边座(7)，每个所述压边座靠近金属板料(a)的一侧各设有一个压边滑条(8)，所述压边座上贯穿有与所述压边滑条连接的压边螺杆(9)，所述压边螺杆用于控制所述压边滑条对所述金属板料压紧力的大小。
3.根据权利要求2所述的热处理装置，其特征在于，所述压边座靠近所述金属板料的一侧底部设有开口，所述压边滑条的一端伸入所述开口内并与所述压边螺杆的下端固定连接。
4.根据权利要求2所述的热处理装置，其特征在于，所述机座以及所述压边滑条用于与所述金属板料相接触的部分均设置有橡胶垫(10)。
5.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，所述机座两端还分别设有一个卡线座(11)，所述卡线座上设置有卡线套(12)。
6.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，所述滚压装置包括保持架(13)、滚压头支撑(14)和滚压头(15)，所述滚压头支撑设置在所述保持架底部，所述滚压头设置在所述滚压头支撑内。
7.一种基于权利要求1-6中任一项所述的热处理装置的往复式电脉冲辅助滚压的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将待处理的金属板料(a)放置在热处理装置的机座(3)上，并利用压边装置对所述金属板料进行装夹固定；接着，将阳极电刷(5)和阴极电刷(6)的电刷头分别接触金属板料(a)的边缘；
步骤2、启动电脉冲处理装置，利用电脉冲向所述金属板料施加电脉冲，并开始计时；在对所述金属板料施加电脉冲的同时，滚压装置的滚压头(15)也开始对所述金属板料进行往复滚压，待金属材料达到其热处理对应的性能，停止电脉冲和滚压；
步骤3、将经滚压处理后的金属板料冷却至室温，得到热处理后的金属板料产品。
8.根据权利要求7所述的热处理方法，其特征在于，所述步骤2中电脉冲的加热温度为30～650℃，脉冲电流强度为0.1-6000a，脉冲频率为10～1000hz，脉冲占空比为10％～90％。
9.根据权利要求7所述的热处理方法，其特征在于，所述步骤2施加在所述金属板料(a)上的电脉冲和往复滚压时间为8s～60min。
10.根据权利要求7所述的热处理方法，其特征在于，所述步骤2中的滚压变形力在金属板料的屈服强度以内。
技术总结