利用真空退火校平有应力变形金属板材的方法

摘要

本发明公开了一种利用真空退火校平有应力变形金属板材的方法，将要校平的有应力变形的金属板置于包括上、下盖板的夹具中，在金属板上设置一只密封的气包，气包的弹性薄壁与金属板接触，将气包紧固在要校平的金属板上，并放入真空退火炉中，抽真空并加热退火，金属板在退火后完成校平。本发明方法将校平方法从局部变形改为金属板降低屈服限后在均匀受力条件下的全局变形，从而一次完成校平，提高校平的效率和精度；同时本发明方法将“校平”与“退火”工艺结合起来，缩短了生产周期并减少了生产成本。

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属材料的处理工艺，尤其是特别涉及一种有应力变形金属板材的退火校平的方法。

背景技术

有应力变形的金属板材，例如经过轧制的金属板材，由于金属内部有残余应力，都存在变形和平面不平的问题；而且在随后的机加工过程中，还有继续变形的可能。所以，有应力变形的金属板材都需要“校平”和“退火”两道工艺进行处理(有时，还要在机加工过程中做二次“校平”和“退平”)，目的是在对金属板材进行机加工时，可以控制金属材料的变形，以达到加工精度要求。更重要的是，经过处理后的金属板材将在残余应力和组织结构两个方面处于较稳定的状态，由该金属板材所制作的设备或零部件在使用过程中，不会发生形状和组织性能的改变，以影响该设备或零部件的使用。

对于“校平”工艺而言，有“热校”和“冷校”两种。对薄板金属材料，“冷校”方法可以使用；但对非薄板金属和部分弹性模量较大的金属(如钛合金)都要采用“热校”方法，即，将要校正的金属板材加热到一定的温度(使该金属既不能发生大的组织性能变化，材料的屈服限强度又已大大降低的温度)，在专用的校平机上进行校平。

一般的校平机都是多道轧辊组成，如图1所示。当金属板材通过校平机时，由轧辊形成正负双方面的塑性变形，经过弹性反弹以后从而达到平整的目的。一般而言，校平机价格非常昂贵。

校平的基本原理是使材料各部份有选择性的延伸。在校平过程中，轧辊强迫有应力变形的金属板材在通过轧辊时以较小的曲率半径作循环往复的上下弯曲，发生塑性反变形，原来凸的地方通过轧辊后被压成稍微凹的形状，然后在弹性恢复的作用下，板材表面恢复平整的状态。

上述校平方法的缺点是，金属板材在通过轧辊进行校平时，所受的变形是局部的，即变形发生在金属板材表面凸起或凹陷的地方。板材表面局部凸凹之处与轧辊接触，被轧辊强迫发生反方向的塑性变形。局部的塑性变形必然带来整体上受力及形变的不均匀，所以校平效果受到局限。此外，现有的各种校平机，特别是大型校平机价格高昂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用真空退火，校平有应力变形金属板材的方法。不同于现行多辊校平方法(利用金属板与轧辊的点、线机械接触从而产生塑性变形，再由金属板弹性恢复达到校平的目的)，本发明方法能够克服现有方法所存在的校平是局部进行的，因此往往一次不能完成这一固有缺陷，以及带来的校平效果有限，校平精度不高的缺点。

本发明所采用的技术方案如下：

一种利用真空退火校平有应力变形金属板材的方法，其特征在于：将要校平的有应力变形的金属板置于包括上、下盖板的夹具中，在金属板上设置一只密封的气包，气包的弹性薄壁与金属板接触，将气包紧固在要校平的金属板上，并放入真空退火炉中，抽真空并加热到退火温度退火，金属板在退火后完成校平。

所述夹具的上、下盖板可由耐热钢制成的螺栓进行紧固。

所述的下盖板是块平板，其平直度取决于要校正板材的厚度。一般来说，本发明主要用于厚板校形，如实施例中用于20毫米厚的板材的校平，下盖板的平直度可在正负1毫米以内。但是，下盖板必须是机加工表面。其材料取决于真空退火的温度，可选用中碳钢，不锈钢或耐热钢；其厚度应大于气包中不与要校平的金属板相接触的侧壁的壁厚，如60～70毫米。

所述的气包中充入空气，其加热前的初始压力应大于一个大气压，通常为1.5-2个大气压。气包除弹性薄壁外，其余不与要校平的金属板接触的侧壁可设计成较厚的厚度，如采用厚50～60mm的中碳钢、不锈钢或耐热钢板(取决于真空退火温度)，在金属板真空退火温度的条件下不发生明显形变。同样，取决于真空退火温度，气包的弹性薄壁通常可采用中碳钢、不锈钢或耐热钢板，其壁厚为4～5毫米。

本发明方法在对金属进行真空退火的同时完成平板的校平。其原理是，在真空退火炉抽完真空并加热到高温退火温度时，气包内的气体将随温度升高而膨胀。由于气包的弹性薄壁与待校金属板接触，而且气包的其他5个面厚度大大超过弹性薄壁，气包内的气体膨胀时将主要向与要校平的金属板方向施压，并通过弹性薄壁传递压力至要校平的金属板。在高温条件下，金属板的屈服限(能产生塑性变形的金属强度)会降低，在膨胀气体通过弹性薄壁的压力作用下，金属板将产生塑性变形从而完成校平。由于气体压强的均匀性，弹性薄壁上各点的压力基本相同，在校平过程中形成弹性薄壁与金属板之间完整的面接触，金属板受力均匀，从而完成全局的、一次校平。

本发明方法将机械的局部强迫变形的校平方法，变成气体均匀压力强迫变形，从点、线作用下的局部变形改进为金属板降低屈服限后在均匀受力条件下的全局而非局部校平，从而用一次校平代替可能发生的多次校平，提高校平的效率和精度；同时本发明方法将“校平”与“退火”工艺结合起来，缩短了生产周期，且使用的设备简单，避免使用昂贵的校平机和多次校平带来的人力、物力成本的增加，从而减少生产成本。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。

附图说明

图1多辊校平机工作原理示意图；

图2本发明方法金属板校平原理示意图；

图3夹具结构示意图；

图4气包结构示意图。

实施例

对厚20mm、绕度8mm的低碳钢板，采用本发明方法利用真空退火进行校平。退火条件为800℃下保温三小时。

如图2，将要校平的低碳钢板1置于夹具2中，在低碳钢板1上设置一只密封的气包3，气包3的弹性薄壁4与要校平的低碳钢板1接触，将气包3用夹具与待校平的低碳钢板1紧固在一起，并放入真空退火炉8中，抽真空并加热退火，气包3内的气体将随温度升高使弹性薄壁4向待校平的低碳钢板1膨胀，低碳钢板1在退火的同时完成校平。

所述的夹具2如图3所示，包括上盖板5、下盖板6，下盖板6具有高平直度，其不平度≤1mm。上、下盖板5、6由螺栓7进行紧固。所述的气包3如图4所示，为一长方体，一面为厚5mm的45号钢板做成的平面弹性薄壁4，弹性薄壁4与待校平的低碳钢板1接触，其它5个面为厚50mm的45号钢板。在气包上有一充气管9，在气包3内充入1.5-2个大气压气体后可以焊接其封死。

利用真空退火进行校平低碳钢板的方法，具体包括以下步骤：

1，用焊接方法制作气包3；

2，将要校平的低碳钢板1与气包3装入夹具2，并利用紧固螺栓7将夹具2固紧(紧固螺栓7需用耐热高强钢)；

3，将气包3内充入1.5-2个大气压的空气，并用焊接将充气管9封死；

4，将夹具2放入真空退火炉8；

5，真空退火炉8抽真空至10^-2托，加热真空退火炉8炉温至800℃；保温3小时；

6，随炉冷却至室温(25℃)；

7，开启真空退火炉8，取出夹具2；松开夹具2取出气包3和低碳钢平板1；

8，对低碳钢平板1进行检验。

经检验，上述方法校平后，原有8毫米绕度的低碳钢平板平整度小于1.5毫米。