本發(fā)明涉及金屬復合材料加工，特別是涉及一種鈦/奧氏體不銹鋼復合板的梯度加熱設備及方法。

背景技術(shù)：

1、選擇鈦與其他金屬材料結(jié)合制備復合材料，既能發(fā)揮鈦材獨特優(yōu)勢又能降低成本，是鈦材合理利用的大趨勢。不銹鋼是一種可靠的高強、低成本的結(jié)構(gòu)材料，耐腐蝕性能好且低溫性能、加工性能和焊接性能優(yōu)異。但在海洋、油井等高溫、高濕且存在氯離子的環(huán)境中，高溫及鹽霧極易破壞不銹鋼表面鈍化膜發(fā)生點蝕和縫隙腐蝕，降低不銹鋼使用壽命。鈦/奧氏體不銹鋼復合板兼具兩種材料的性能優(yōu)勢，同時可以降低材料成本，并將逐漸成為單一鈦材的替代品，具有良好的發(fā)展前景。

2、退火能有效降低金屬材料的加工硬化現(xiàn)象和殘余應力。傳統(tǒng)退火大多使用加熱爐將板材加熱至單一的溫度，然后進行退火。其中，奧氏體不銹鋼的固溶熱處理(加熱溫度范圍一般為950℃～1050℃)旨在通過將合金加熱至高溫單相區(qū)，保持一定時間使中間相充分溶解到固溶體中，然后快速冷卻，以改善耐腐蝕性并獲得被碳過飽和的奧氏體組織，這一過程對于提高奧氏體不銹鋼的機械性能和耐腐蝕性至關(guān)重要。鈦的消應力退火(通常在450～650℃之間)主要用于消除鈦和鈦合金在加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應力，避免在使用過程中因內(nèi)應力存在而引起開裂破壞。由此可見，然而鈦和不銹鋼的退火溫度不同，對鈦/奧氏體不銹鋼復合板材加熱至單一溫度退火，極大的影響復合板材的性能。以鈦的退火溫度對鈦/奧氏體不銹鋼復合板退火，會導致不銹鋼側(cè)加熱溫度不足，在低溫退火區(qū)間，不銹鋼晶粒及硬度變化不明顯，會導致復合界面加熱溫度過低，從而導致鋼側(cè)硬度下降不足，強度提升不足，惡化界面結(jié)合性能。不銹鋼退火溫度在900度左右。鈦的相變點約為882℃，以奧氏體不銹鋼的加熱溫度加熱鈦時，會使鈦發(fā)生相變，鈦由密排六方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)，同時會使復合界面加熱溫度過高。當而退火溫度高于600℃時鈦晶粒明顯長大、硬度顯著下降，當結(jié)合界面退火溫度過高時，使晶粒之間的連接變?nèi)酰Y(jié)合界面生成脆硬化合物，惡化界面結(jié)合性能。因此，需要對奧氏體不銹鋼側(cè)、鈦側(cè)、結(jié)合界面?zhèn)葘崿F(xiàn)不同溫度加熱，即梯度加熱，則，亟需一種鈦/奧氏體不銹鋼復合板的梯度加熱設備及方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種鈦/奧氏體不銹鋼復合板的梯度加熱設備及方法，旨在解決或改善上述技術(shù)問題中的至少之一。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種鈦/奧氏體不銹鋼復合板的梯度加熱設備，包括：

3、第一支撐架，其上設置有加熱箱；

4、第二支撐架，設置于所述加熱箱內(nèi)；

5、一對夾具，可相對滑動地設置于所述加熱箱內(nèi)，一對所述夾具用于夾持鈦鋼復合板，一對所述夾具上分別設置有正極接口和負極接口；

6、脈沖電源，設置于所述加熱箱上，所述脈沖電源與所述正極接口和所述負極接口相連接；

7、壓板，可滑動地設置在所述第二支撐架上，所述壓板用于與所述鈦鋼復合板的鋼側(cè)面相抵；

8、磁場發(fā)生器，設置于所述第二支撐架上，所述磁場發(fā)生器與所述脈沖電源相連接；

9、冷卻板，設置于所述第一支撐架上，所述冷卻板用于與所述鈦鋼復合板的鈦側(cè)面相抵，所述冷卻板內(nèi)流動有冷卻液，所述冷卻板連通有冷卻液循環(huán)冷凝系統(tǒng)。

10、可選的，還包括氣源，所述氣源通過管路連通有通氣口，所述通氣口與所述加熱箱內(nèi)腔相連通。

11、可選的，還包括第一測溫儀，設置于所述加熱箱內(nèi)，所述第一測溫儀用于獲得所述鈦鋼復合板的鈦側(cè)面溫度。

12、可選的，還包括第二測溫儀，設置于所述加熱箱內(nèi)，所述第二測溫儀用于獲得所述鈦鋼復合板的鋼側(cè)面溫度。

13、可選的，所述第二支撐架上設置有一對第一滑軌，一對所述第一滑軌之間滑動連接有滑動架，所述滑動架上設置有用于驅(qū)動所述滑動架沿一對所述第一滑軌滑動的第一電機，所述滑動架上通過連接架與所述壓板相連接。

14、可選的，所述第二支撐架上設置有一對限位器，一對所述限位器用于限制所述滑動架的滑動范圍。

15、可選的，所述第二支撐架上設置有一對第二滑軌，一對所述夾具滑動連接在一對所述第二滑軌上，所述夾具上設置有用于驅(qū)動所述夾具沿一對所述第二滑軌滑動的第二電機。

16、可選的，所述冷卻板包括具有流動槽的板體、設置在所述板體上的密封圈以及與所述板體相連接的板蓋，所述板體內(nèi)的流動槽與所述冷卻液循環(huán)冷凝系統(tǒng)相連通。

17、可選的，所述冷卻液循環(huán)冷凝系統(tǒng)包括壓縮機，所述壓縮機的出口依次通過管路連通有第一冷凝器、第二冷凝器、壓力補償器以及毛細管，所述毛細管通過管路與所述流動槽的進口相連通，所述流動槽的出口通過管路與所述壓縮機的進口相連通。

18、一種鈦/奧氏體不銹鋼復合板的梯度加熱方法，包括以下步驟：

19、由一對所述夾具將所述鈦鋼復合板夾持固定，同時，所述鈦鋼復合板的鋼側(cè)面與所述壓板相抵、鈦側(cè)面與所述冷卻板相抵；

20、通過所述正極接口和所述負極接口將所述脈沖電源所產(chǎn)生的電流傳遞至一對所述夾具，以使得一對所述夾具加熱所述鈦鋼復合板；

21、通過所述磁場發(fā)生器改變所述鈦鋼復合板內(nèi)部電流分布，以使得電流向遠離所述鈦鋼復合板的鋼側(cè)和鈦側(cè)的結(jié)合界面聚集；

22、通過所述冷卻液循環(huán)冷凝系統(tǒng)使得冷凝劑在所述冷卻板中流動，以使得所述冷卻板對所述鈦鋼復合板的鈦側(cè)進行降溫。

23、本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：通過一對夾具將鈦鋼復合板夾持后，并使得鈦鋼復合板夾持的鋼側(cè)面與壓板相抵、鈦側(cè)面與冷卻板相抵，固定鈦鋼復合板的位置，并通過脈沖電源將電流由正極接口和負極接口傳遞至一對夾具，使得一對夾具對鈦鋼復合板進行加熱，并由磁場發(fā)生器調(diào)整磁場大小以及電流方向、大小使電流向遠離鈦鋼復合板的鋼側(cè)、鈦側(cè)結(jié)合界面聚集，最終使得鈦鋼復合板鋼側(cè)溫度和鈦側(cè)溫度處于較高水平，同時由卻液循環(huán)冷凝系統(tǒng)通過冷卻板對鈦鋼復合板的鈦側(cè)降低一定溫度，使其達到預設溫度，并實現(xiàn)結(jié)合界面溫度的精準控制，從而實現(xiàn)鈦鋼復合板的的電流梯度加熱，很大程度減少結(jié)合界面硬脆化合物的生成，以提高結(jié)合性能、抗氧化性能、耐腐蝕性能，提升界面附近元素擴散能力，實現(xiàn)鈦鋼復合板的高強度復合。

技術(shù)特征：

1.一種鈦/奧氏體不銹鋼復合板的梯度加熱設備，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦/奧氏體不銹鋼復合板的梯度加熱設備，其特征在于：還包括氣源(11)，所述氣源(11)通過管路連通有通氣口(12)，所述通氣口(12)與所述加熱箱(2)內(nèi)腔相連通。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦/奧氏體不銹鋼復合板的梯度加熱設備，其特征在于：還包括第一測溫儀(13)，設置于所述加熱箱(2)內(nèi)，所述第一測溫儀(13)用于獲得所述鈦鋼復合板的鈦側(cè)面溫度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦/奧氏體不銹鋼復合板的梯度加熱設備，其特征在于：還包括第二測溫儀(14)，設置于所述加熱箱(2)內(nèi)，所述第二測溫儀(14)用于獲得所述鈦鋼復合板的鋼側(cè)面溫度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦/奧氏體不銹鋼復合板的梯度加熱設備，其特征在于：所述第二支撐架(3)上設置有一對第一滑軌(15)，一對所述第一滑軌(15)之間滑動連接有滑動架(16)，所述滑動架(16)上設置有用于驅(qū)動所述滑動架(16)沿一對所述第一滑軌(15)滑動的第一電機(17)，所述滑動架(16)上通過連接架與所述壓板(8)相連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鈦/奧氏體不銹鋼復合板的梯度加熱設備，其特征在于：所述第二支撐架(3)上設置有一對限位器(18)，一對所述限位器(18)用于限制所述滑動架(16)的滑動范圍。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦/奧氏體不銹鋼復合板的梯度加熱設備，其特征在于：所述第二支撐架(3)上設置有一對第二滑軌(19)，一對所述夾具(4)滑動連接在一對所述第二滑軌(19)上，所述夾具(4)上設置有用于驅(qū)動所述夾具(4)沿一對所述第二滑軌(19)滑動的第二電機(20)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈦/奧氏體不銹鋼復合板的梯度加熱設備，其特征在于：所述冷卻板(10)包括具有流動槽(101)的板體(102)、設置在所述板體(102)上的密封圈(103)以及與所述板體(102)相連接的板蓋(104)，所述板體(102)內(nèi)的流動槽(101)與所述冷卻液循環(huán)冷凝系統(tǒng)相連通。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種鈦/奧氏體不銹鋼復合板的梯度加熱設備，其特征在于：所述冷卻液循環(huán)冷凝系統(tǒng)包括壓縮機(21)，所述壓縮機(21)的出口依次通過管路連通有第一冷凝器(22)、第二冷凝器(23)、壓力補償器(24)以及毛細管(25)，所述毛細管(25)通過管路與所述流動槽(101)的進口相連通，所述流動槽(101)的出口通過管路與所述壓縮機(21)的進口相連通。

10.一種鈦/奧氏體不銹鋼復合板的梯度加熱方法，基于權(quán)利要求1-9任一項所述的一種鈦/奧氏體不銹鋼復合板的梯度加熱設備，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及金屬復合材料加工技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種鈦/奧氏體不銹鋼復合板的梯度加熱設備及方法，包括第一支撐架，其上設置有加熱箱；第二支撐架設置于加熱箱內(nèi)；一對夾具用于夾持鈦鋼復合板，一對夾具上分別設置有正極接口和負極接口；脈沖電源與正極接口和負極接口相連接；壓板可滑動地設置在第二支撐架上，壓板用于與鈦鋼復合板的鋼側(cè)面相抵；磁場發(fā)生器設置于第二支撐架上；冷卻板設置于第一支撐架上，冷卻板用于與鈦鋼復合板的鈦側(cè)面相抵，冷卻板內(nèi)流動有冷卻液，冷卻板連通有冷卻液循環(huán)冷凝系統(tǒng)，本發(fā)明能夠提高結(jié)合性能、抗氧化性能、耐腐蝕性能，提升界面附近元素擴散能力，實現(xiàn)鈦鋼復合板的高強度復合。

技術(shù)研發(fā)人員：任忠凱,任浩宇,郭雄偉,吳晗,柴哲,王濤
受保護的技術(shù)使用者：太原理工大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2