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CN106077277B - 用于塑造热处理的材料的方法和装置 - Google Patents

用于塑造热处理的材料的方法和装置 Download PDF

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CN106077277B CN201610264529.3A CN201610264529A CN106077277B CN 106077277 B CN106077277 B CN 106077277B CN 201610264529 A CN201610264529 A CN 201610264529A CN 106077277 B CN106077277 B CN 106077277B
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Abstract

本发明的名称为用于塑造热处理的材料的方法和装置。本文描述了塑造热处理的材料的方法，其包括将热处理的材料放置在第一和第二基座之间。第一和第二基座的每个包括根据热处理的材料的期望形状成形的工具面。该方法还包括施加低强度磁场至第一和第二基座以加热第一和第二基座。此外，该方法包括压缩第一和第二基座之间的热处理的材料以塑造热处理的材料为期望的形状。该方法另外包括在压缩第一和第二基座之间的热处理的材料之前施加高强度磁场至热处理的材料。

Description

用于塑造热处理的材料的方法和装置
技术领域
一般而言，本公开内容涉及塑造(form)材料为期望的形状，和更具体地涉及使用高强度磁场塑造热处理的材料为期望的形状。
背景技术
高强度材料，比如硬化钢，被用于各种应用。在一个应用中，高强度钢板被用作交通工具、武器、人员、结构等等的装甲。期望地，高强度钢板是厚的且牢固的以便经受有力的冲击，这使得这种钢板形成为期望的形状是困难的。
发明内容
本申请的主题提供了用于塑造热处理的材料的方法的实施方式，和用于制造热处理的材料的相关装置和系统，其克服以上讨论的现有技术的缺点。本申请的主题响应本领域的现有状态，并且具体地响应用于塑造热处理的材料比如高强度钢板的常规方法、装置和系统的缺点而开发。
根据一个实施方式，塑造热处理的材料的第一种方法包括将所述热处理的材料放置在第一和第二基座之间。第一和第二基座的每个包括根据热处理的材料的期望形状成形的工具面。第一种方法还包括施加低强度磁场至第一和第二基座以加热第一和第二基座。此外，第一种方法包括压缩第一和第二基座之间的热处理的材料以塑造热处理的材料为期望的形状。第一种方法另外包括在压缩第一和第二基座之间的热处理的材料之前施加高强度磁场至热处理的材料。
在第一种方法的一些实施中，低强度磁场是振荡磁场。振荡磁场可具有低于0.5特斯拉的峰值磁通量。
根据第一种方法的某些实施，高强度磁场是非振荡磁场。高强度磁场可具有高于1特斯拉的磁通量。在一个实施中，高强度磁场的磁通量高于5特斯拉。在某些实施中，高强度磁场可增加热处理的材料的延伸性至少约50％。
在第一种方法的一些实施中，高强度磁场改变热处理的材料的变形特性而不改变热处理的材料的相。高强度磁场可增加热处理的材料的延伸性和降低热处理的材料的屈服应力。
根据第一种方法的一些实施，热处理的材料包括由高强度钢制造的装甲板。
在第一种方法的又一些实施中，低强度磁场和高强度磁场是使用相同电磁线圈非同时施加的。
根据第一种方法的某些实施，施加高强度磁场至热处理的材料包括施加多个非振荡高强度磁场脉冲至热处理的材料。
在某些实施中，第一种方法另外包括用来自第一和第二基座的热加热热处理的材料至远离热处理的材料的相变温度的加工温度。加工温度可低于约150℃。
在一个实施中，第一种方法进一步包括在压缩第一和第二基座之间的热处理的材料之后同时淬火第一基座、第二基座和热处理的材料。
根据另一个实施方式，塑造材料的第二种方法包括加热处理该材料以形成热处理的材料。第二种方法还包括将所述热处理的材料放置在第一和第二基座之间。第一和第二基座的每个包括根据热处理的材料的期望形状成形的工具面。另外，第二种方法包括施加低强度磁场至第一和第二基座以加热第一和第二基座。第二种方法还包括压缩第一和第二基座之间的热处理的材料以塑造热处理的材料为期望的形状。同样地，第二种方法包括在压缩第一和第二基座之间的热处理的材料之前施加高强度磁场至热处理的材料。热处理材料可包括硬化该材料。
在第二种方法的一些实施中，热处理材料包括使材料的温度从环境温度升高至转变温度以实现材料期望的同素异形转变。同样地，第二种方法可进一步包括使材料的温度从转变温度降低至环境温度以在环境温度下维持材料期望的同素异形转变。在第二种方法的某些实施中，高强度磁场改变热处理的材料的变形特性而不改变材料期望的同素异形转变。
在又另一个实施方式中，用于塑造热处理的材料的系统包括具有第一基座的第一部分。第一基座包括根据热处理的材料的第一表面的期望形状成形的第一工具面。该系统还包括具有第二基座的第二部分。第二基座包括根据热处理的材料的第二表面的期望形状成形的第二工具面。第一和第二部分相对于彼此是可移动的，以压缩第一和第二基座之间的热处理的材料。该系统另外包括电磁线圈，其配置为施加第一磁场至第一和第二基座，以及施加第二磁场至第一和第二基座之间的热处理的材料。第一磁场具有第一强度并且第二磁场具有第二强度。第二强度高于第一强度。该系统进一步包括控制器，其可操作地耦联至第一部分、第二部分和电磁线圈。控制器配置为在振荡电力和非振荡电力之间可变换地控制至电磁线圈的电力供应。振荡电力被供应至电磁线圈以产生第一磁场和非振荡电力被供应至电磁线圈以产生第二磁场。振荡电力具有峰值电压并且非振荡电力具有高于该峰值电压的恒定电压。在第一磁场被施加至第一和第二基座，并且第二磁场被施加至第一和第二基座之间的热处理的材料之后，控制器配置为控制第一和第二部分相对于彼此移动以压缩第一和第二基座之间的热处理的材料。
描述的本公开内容的主题的特征、结构、优势和/或特性可在一个或多个实施方式和/或实施中以任何适当的方式结合。在以下描述中，提供许多具体细节以赋予本公开内容的主题的实施方式的完整理解。相关领域技术人员将认识，本公开的主题可在没有具体实施方式或实施的具体特征、细节、组件、材料和/或方法的一个或多个的情况下实践。在其他情况下，可理解在某些实施方式和/或实施中的另外特征和优势可能不存在于所有的实施方式或实施中。此外，在一些情况下，没有详细显示或描述公知的结构、材料或操作以避免掩盖本公开内容的主题的方面。本公开内容的主题的特征和优势将从以下描述和所附权利要求书变得更充分地明显，或可通过下文阐释的主题的实践了解。
附图说明
为了可以更容易地理解该主题的优势，通过参考附图中图解的具体实施方式，将使得更具体描述以上简要描述的主题。应当理解，这些附图仅描绘了该主题的典型实施方式，因此它们不被认为限制其范围。通过使用附图，利用另外的特异性和细节将描述和解释该主题，其中：
图1是根据一个实施方式的用于塑造热处理的材料的系统的示意性侧视图，其中该系统的装置处于第一种构造；
图2是根据一个实施方式的图1中系统的示意性侧视图，其中该系统的装置处于第二种构造；
图3是根据另一个实施方式的用于塑造热处理的材料的系统的示意性侧视图；
图4是根据一个实施方式的用于塑造热处理的材料的装置的示意性侧视图；
图5是根据一个实施方式的图4的装置的示意性侧视图；
图6是根据一个实施方式的塑造热处理的材料的方法的示意性流程图；
和
图7是根据一个实施方式的热处理的材料的相图。
具体实施方式
遍及本说明书引用的“一个实施方式(one embodiment)”、“实施方式(anembodiment)”或相似语言意思是结合该实施方式描述的具体特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施方式中。遍及该说明书的短语“在一个实施方式中(in oneembodiment)”、“在实施方式中(in an embodiment)”和相似语言的出现可以指相同的实施方式，但是不一定都指相同的实施方式。类似地，术语“实施”的使用意思是具有结合本公开内容的一个或多个实施方式描述的具体特征、结构或特性的实施，但是，在不存在另外指示的相关表述的情况下，实施可以与一个或多个实施方式相关联。
参考图1和根据一个实施方式，显示了用于塑造热处理的材料130的系统100。系统100包括可操作地耦联至控制器140、电源150和液压致动器160的装置110。装置110包括第一部分110A和第二部分110B。第一和第二部分110A、110B相对于彼此是可移动的。更具体而言，第一和第二部分110A、110B是可朝向和远离彼此移动的，如图1中的方向箭头所指示的。可通过一个或多个致动器，比如液压致动器160促进第一和第二部分110A、110B相对于彼此移动，如本领域已知的。在一些实施中，第一部分110A包括上模具112A和第二部分110B包括下模具112B。
上模具和下模具112A、112B的每个可由任意多种材料诸如例如金属、电介质、绝缘体和其组合制造。在一个实施方式中，上模具和下模具112A、112B中的一个或两个可包括交替的金属板和电介质隔片的层压物。金属板可以由基于非磁性奥氏体镍/铬的不锈钢或超级合金制造。在一个实施中，一个或多个电介质隔片分别终止于远离上模具和下模具112A、112B的界面表面113A、113B的距离处，使得仅金属板限定上模具和下模具112A、112B的界面表面。另外，以此方式，在接近上模具和下模具112A、112B的界面表面113A、113B的金属板的部分之间提供空气间隙，这有利于下面描述的基座120A、120B的冷却。
第一部分110A和第二部分110B中的至少一个包括可操作以产生磁场的一个或多个电磁线圈。在图解的实施方式中，第一部分110A包括多个电磁线圈114A和第二部分110B包括多个电磁线圈114B。在某些实施中，每个电磁线圈114A、114B都是完整的、功能完全的电磁线圈。但是，在一些实施中，第一部分110A的每个电磁线圈114A是电磁线圈的一部分(例如，第一半)，并且第二部分110B的每个电磁线圈114B是电磁线圈的另一部分(例如，第二半)。当第一部分110A和第二部分110B被放在一起时，每个电磁线圈114A或第一半接合各自的电磁线圈114B或第二半以形成功能完全的电磁线圈。
无论是形成一部分电磁线圈还是整个电磁线圈，在一些实施方式中，每个电磁线圈114A、114B是独立于其他电磁线圈可操作的，或在其他实施方式中，每个电磁线圈114A、114B是与其他电磁线圈相互依赖可操作的，以产生磁场。每个电磁线圈114A、114B可以是任意各种电磁线圈的全部或一部分。一般而言，电磁线圈包括由导电体制造的并且成形为线圈、平面螺旋(spiral)或三维螺旋(helix)的线。例如，在一个实施中，每个电磁线圈114A、114B都是由轻拉丝的铜管(lightly drawn copper tubing)制造。随着电流穿过卷曲的线，磁场被感生，其从卷曲的棒(coiled rod)向外放射。通过电磁线圈生成的磁场的强度(例如，磁通量)取决于施加至卷曲的线的电流强度。
电磁线圈114A、114B被耦联至各自的上模具和下模具112A、112B。在一些实施方式中，如显示的，电磁线圈114A、114B分别被嵌入上模具和下模具112A、112B内。例如，上模具和下模具112A、112B可包括用于接收电磁线圈114A、114B中各自一个的多个腔。如在图3中显示的，基于模具的界面表面113A、113B和基座120A、120B的第一和第二工具面122A、122B的轮廓，在每个上模具和下模具112A、112B中形成的腔和因此电磁线圈114A、114B可被放置在模具中。更具体而言，腔和电磁线圈被布置在上模具和下模具112A、112B中以补充模具和基座的轮廓表面的形状。以此方式，电磁线圈114A、114B横跨基座的整个区域被放置于远离基座120A、120B的更均匀距离处。
装置110的第一和第二部分110A、110B还分别包括第一和第二基座120A、120B。第一和第二基座120A、120B分别被耦联至分别与电磁线圈114A、114B相对紧密接近的上模具和下模具112A、112B。而且，第一和第二基座120A、120B分别具有根据热处理的材料130的各自的第一和第二表面132A、132B的期望形状成形的第一和第二工具面122A、122B或表面。例如，如在图3中显示的，第一和第二工具面122A、122B是非平面的(例如，曲面的)以限定热处理的材料130的第一和第二表面132A、132B的非平面形状。在一些实施方式中，比如在图3中所显示的，第一和第二工具面122A、122B的形状是互补的。尽管未显示，但是上模具和下模具112A、112B也可包括与第一和第二基座120A、120B界面结合并且根据热处理的材料130的各自的第一和第二表面132A、132B的期望形状成形的界面表面113A、113B。第一和第二基座120A、120B的成形的第一和第二工具面122A、122B可分别位于上模具和下模具112A、112B的界面表面113A、113B中。
第一和第二基座120A、120B在存在振荡磁场的情况下经电磁感应由生成热的导电且导热的材料制造。在一些实施方式中，第一和第二基座120A、120B由铁质材料制造。更具体而言，在某些实施中，第一和第二基座120A、120B在存在振荡磁场的情况下由生成增加的热直到达到基座的预定阈值或居里温度的铁磁材料制造。这种基座可定义为智能基座。随着智能基座的部分达到居里温度，那些部分的导磁率在居里温度下降为一致(即，基座变为顺磁的)。该导磁率的下降具有两个作用。第一，导磁率的下降限制了在居里温度下通过那些部分生成热。第二，导磁率的下降使磁通量变换至低温部分，使得低于居里温度的那些部分更快速的加热上至居里温度。因此，通过选择制造基座的材料，不论施加至基座的磁场如何，可实现第一和第二基座120A、120B的热均匀性。
根据一个实施方式，每个基座120A、120B是导磁材料的层或片。用于构建基座120A、120B的导磁材料可包括铁磁材料，当其加热至高于居里温度的温度时具有约10倍的导磁率降低。在临界温度下导磁率这样大的下降促进基座的温度控制，并且因此促进正在制造的热处理的材料的温度控制，如以下更详细描述的。铁磁材料可包括铁、钴、镍、钆和镝以及其合金。选择基座120A、120B的铁磁材料的材料组合以响应由电磁线圈114A、114B生成的磁场(例如，电磁能)产生将基座120A、120B加热至的设定温度点。在这点上，可构建基座120A、120B使得基座的居里点限定将基座感应加热至的设定温度点，在该居里点处存在材料的铁磁相和顺磁相之间的转变。而且，可构建基座120A、120B使得居里点远低于或远高于热处理的材料130的相变温度，使得在热处理的材料形成期间热处理的材料不改变相，如以下更详细描述的。
热处理的材料130是由已经热处理的任何各种材料制造的组件，所述热处理改变材料的晶体学特性或体积生长(volumetric growth)以实现期望的材料的同素异形转变。通常，材料的热处理通过诱导材料的同素异形转变增加了材料的强度，所述同素异形转变增加了材料的硬度。在一些实施方式中，热处理的材料130是由热处理工艺产生的高强度钢制造的组件，所述热处理工艺可以是本领域已知的任意各种热处理工艺。高强度钢可以是任意各种高强度钢，比如，但不限于高硬度装甲钢和/或轧制的均质装甲钢。组件可以是用于装甲交通工具的装甲板。在某些实施中，装甲板由高强度钢制造并且厚度在约0.125英寸和约6英寸之间。
一般而言，部分地通过加热材料至高达足以诱导材料的相从第一相变化至第二相的温度，并且然后快速冷却材料以降低材料的温度，同时保持材料的第二相，将材料变为热处理的材料。因此，当热处理的材料130被引入用于塑造热处理的材料的系统100时，热处理的材料已经被热处理为第二相。而且，系统100配置为塑造热处理的材料130或使其成形为期望的形状，而不诱导热处理的材料的相变，或在该情况下保持材料处于第二相。
系统100的电源150被可操作地耦联至电磁线圈114A、114B，经由如显示的电源线将电力供应至电磁线圈。电源150的操作可以在第一种模式和第二种模式之间变换。电源150可包括如控制器140所命令的调制至电磁线圈114A、114B的电力信号的调制器。
在第一种模式中，为了加热第一和第二基座120A、120B的目的，电源150用振荡电流或交流电供应电力至电磁线圈114A、114B。振荡电流产生由电磁线圈114A、114B生成的振荡磁场。磁场的振荡频率与振荡电流的振荡频率一致。可操作电源150以根据由电磁线圈114A、114B生成的振荡磁场的期望强度(例如，峰值磁通量)调节振荡电流的强度(例如，峰值电力/电压)和/或频率。
在第二种模式中，在压缩材料之前，为了改变热处理的材料130的变形特性(例如，延伸性和/或屈服应力特征)的目的，电源150用非振荡电流或直流(例如，恒定电压)供应电力至电磁线圈114A、114B。非振荡电流产生由电磁线圈114A、114B生成的非振荡磁场。可操作电源150以根据由电磁线圈114A、114B生成的磁场的期望强度和脉冲持续时间调节非振荡电流的强度和脉冲持续时间。
在第一种和第二种模式中，在一些实施方式中，可操作电源150以相对于一个或多个其他电磁线圈单个地或分别地控制一个或多个电磁线圈114A、114B。例如，在第一种模式中，为了加热第一和第二基座120A、120B的一些部分不同于其他部分的目的，电源150可供应第一强度和第一频率的振荡电流至一个或多个电磁线圈114A、114B，而同时或非同时供应第二强度和/或第二频率的振荡电流至一个或多个其他电磁线圈。第二强度和第二频率不同于第一强度和第一频率。类似地，在第二种模式中，电源150可供应第一强度和第一脉冲持续时间的非振荡电流至一个或多个电磁线圈114A、114B，而同时或非同时供应第二强度和/或第二脉冲持续时间的非振荡电流至一个或多个其他电磁线圈，以改变热处理的材料130的一些部分的延伸性和/或屈服应力特征不同于其他部分。第二脉冲持续时间不同于第一脉冲持续时间。
单个地控制一个或多个电磁线圈114A、114B不同于其他电磁线圈可产生更有效的使用电力和较低成本来塑造热处理的材料130。一般而言，在一些实施方式中，较高强度或频率的振荡磁场可能是期望的，以加热与具有成形特征比如弯曲、凹处、隆起(ridge)等的热处理的材料130的部分相应的第一和第二基座120A、120B的部分——与不具有这些特征的材料部分相比。类似地，较高强度或持续时间的非振荡磁场可能是期望的，以赋予热处理的材料130具有成形特征的材料部分——与不具有这些特征的材料部分相比——的延伸性和/或屈服应力特征的较大改变。因此，电源150可以以较高的强度、频率和/或脉冲持续时间供应电流至接近热处理的材料130的成形特征和/或与这些成形特征相应的基座120A、120B的部分的电磁线圈114A、114B。
系统100的控制器140控制电源150以及液压致动器160的操作。控制器140在图1中描绘为单个物理单元，但是如果期望在一些实施方式中可包括两个或多个物理分离的单元或组件。在某些实施方式中，控制器140接收多个输入、处理输入和传输多个输出。多个输入可包括各种用户输入。使用各种算法、储存的数据和其他输入通过控制器140处理输入，以更新储存的数据和/或生成输出值。生成的输出值和/或命令被传输至控制器的其他组件和/或至系统10的一个或多个元件，比如电源150和液压致动器160，以控制系统来实现期望的结果，和更具体而言，实现热处理的材料130期望的形成或成形。
控制器140可被实施为包括定制VLSI电路或门阵列、现成的半导体比如逻辑芯片、晶体管或其他分立组件的硬件电路。进一步，控制器140也可在可编程硬件设备比如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等等中实施。控制器140也可通过各种类型的处理器在用于执行的软件中实施。控制器140例如可包括计算机指令的一个或多个物理或逻辑块，其例如可组织为目标、程序或函数。然而，控制器140的可执行文件(executables)不需要物理地位于一起，而是可包括储存在不同位置的不同指令，其当逻辑地连接在一起时，包括模块并且实现模块规定的目的。
控制器140至电源150的输出包括根据两种模式之一供应电力至电磁线圈114A、114B的命令。更具体而言，在第一种模式中，控制器140命令电源150以命令的峰值强度(例如，电压)和频率供应振荡电力至电磁线圈114A、114B持续规定的时间。在第二种模式中，控制器140命令电源150以命令的强度和脉冲持续时间供应非振荡电力至电磁线圈114A、114B持续规定数目的脉冲。另外，根据一些实施方式，控制器140命令电源150同时供应具有第一特征的电力至电磁线圈114A、114B中的一些和具有不同于第一特征的第二特征的电力至电磁线圈114A、114B中的另一些。
控制器140至液压致动器160的输出包括移动装置110的第一和第二部分110A、110B至一起和分开的命令。第一和第二部分110A、110B移动至一起以施加压力至或压缩热处理的材料130，和移动分开以从热处理的材料去除压力。
参考图3，系统100也可包括第一冷却系统180和第二冷却系统190。可操作第一冷却系统180以冷却电磁线圈114A、114B。穿过电磁线圈114A、114B的电流加热线圈。由于电流相对高的强度，电磁线圈114A、114B的温度可达到不适于操作的极限温度。第一冷却系统180被流体耦联至电磁线圈114A、114B以维持电磁线圈的温度在适于操作的温度范围内。在一个实施中，如显示，第一冷却系统180包括与电磁线圈114A、114B处于传热连通的流体管线。第一冷却系统180推动流体，比如冷却剂，通过流体管线以使热传递离开电磁线圈114A、114B。在其他实施中，第一冷却系统180可以是用于调控电磁线圈114A、114B的温度的任意各种其他冷却系统。
可操作第二冷却系统190以调控(例如，降低)第一和第二基座120A、120B的温度。第二冷却系统190可以与第一冷却系统180相同或与第一冷却系统180分离。在一个实施中，第二冷却系统190包括与第一和第二基座120A、120B处于传热连通的流体管线。第二冷却系统190推动流体，比如冷却剂，通过流体管线以使热传递离开第一和第二基座120A、120B。在其他实施中，第二冷却系统190可以是用于调控第一和第二基座120A、120B的温度的任意各种其他冷却系统。根据某些实施，经从其他组件传热至第一和第二基座120A、120B，通过第二冷却系统190冷却第一和第二基座120A、120B也起到冷却装置110的其他组件，比如上模具和下模具112A、112B，以及热处理的材料130的作用。
参考图4-6，显示了根据一个实施方式塑造热处理的材料130的方法200。方法200开始于热处理材料以形成如上所述的热处理的材料130。根据一个实施，仅作为例子，在202处热处理以后，热处理的材料130的晶体学特性可与图7中的相图192或其他类似的相图一致。使用与系统100分离的热处理系统进行材料的热处理以形成热处理的材料130。事实上，在一些实施中，材料的热处理充分提前于方法200剩下的步骤204-212进行，并且热处理的材料130的温度处于环境温度。
在202处通过热处理材料形成热处理的材料130之后，方法200在204处包括将热处理的材料130放置在第一和第二基座，比如装置110的第一和第二基座120A、120B之间。在204处将热处理的材料130放置在第一和第二基座之间可包括将热处理的材料设置在第二基座上，其中第一基座与热处理的材料间隔开。
随着热处理的材料130在第一和第二基座之间，或在一些实施中，在将热处理的材料130放置在第一和第二基座之间之前，方法200包括在206处施加低强度磁场至第一和第二基座。参考图4，根据一个实施方式，每个电磁线圈114A、114B分别生成低强度磁场170A、170B。低强度磁场170A、170B从电磁线圈114A、114B分别传递至第一和第二基座120A、120B。如上述，随着具有期望的峰值强度和频率的低强度振荡电流被施加至每个电磁线圈持续期望的持续时间，由电磁线圈114A、114B生成低强度磁场170A、170B。在方法200的步骤206处施加至第一和第二基座的低强度磁场可被定义为由一个电磁线圈生成的单个磁场，或由多个电磁线圈生成的磁场组合组成的集合磁场。
在一些实施中，低强度磁场170A、170B是具有相对低的峰值磁通量的振荡磁场。低强度磁场的峰值磁通量在某些实施中可低于约0.05特斯拉，并且在一个实施中可低于约1特斯拉。此外，在一些实施中，低强度磁场170A、170B的振荡频率可在约60Hz和约10,000Hz之间。施加低强度磁场至第一和第二基座加热基座。优选地，低强度磁场的峰值磁通量足够高使得第一和第二基座加热至高达基座的居里温度。
在加热第一和第二基座之后，并且随着热处理的材料130在第一和第二基座之间，来自基座的热被传递至热处理的材料130以使热处理的材料的加工温度增加至高达期望的温度194。加热热处理的材料130可包括朝向彼此移动第一和第二基座，以使得热处理的材料130与第一和第二基座均紧密接近或接触——但是没有施加可观的压缩力。热可通过任意各种传热机制，比如传导和辐射从第一和第二基座传递至热处理的材料130。选择期望的温度194，使得对于热处理的材料130中给定的碳的百分数，期望的温度远低于实现热处理的材料130的相变所需的温度。期望的温度194可以与基座的居里温度相同。例如，热处理的材料是高强度钢，比如用于交通工具的装甲板，和在一些实施方式中期望的温度194低于约150℃，和在其他实施方式中低于约300℃。参考图7，在一些实施方式中，期望的温度194与在热处理的材料形成期间与在热处理的材料的铁素体(α)和渗碳体(Fe3C)结晶相(例如，远低于相变温度)内剩余的热处理的材料130很好地相关联。换句话说，随着热处理的材料130的温度在期望的温度194下，材料被成形为期望的形状，而不改变材料的相分布和所得硬度。
随着经由在206处施加低强度磁场至第一和第二基座升高热处理的材料130的温度，方法200包括在208处施加高强度磁场至热处理的材料。参考图5，根据一个实施方式，每个电磁线圈114A、114B分别生成高强度磁场172A、172B。高强度磁场172A、172B从电磁线圈114A、114B分别传送至第一和第二基座120A、120B，以及热处理的材料130中。如上述，当具有期望强度、脉冲持续时间和脉冲数量的高强度非振荡电流被施加至每个电磁线圈时，通过电磁线圈114A、114B生成高强度磁场170A、170B。高强度磁场172A、172B由生成低强度磁场170A、170B的相同的电磁线圈114A、114B生成。在操作中，在生成低强度磁场和高强度磁场之间变换包括在供应低强度振荡电流和高强度非振荡电流至电磁线圈114A、114B之间变换。与低强度磁场类似，在方法200的步骤208处施加至热处理的材料130的高强度磁场可被限定为通过一个电磁线圈生成的单个磁场，或由通过多个电磁线圈生成的磁场的组合组成的集合磁场。
在一些实施中，高强度磁场172A、172B是具有相对高磁通量的非振荡磁场。高强度磁场的磁通量在某些实施中可以高于约0.2特斯拉，和在一个实施中可以高于约5特斯拉。此外，在一些实施中，高强度磁场的每个脉冲的脉冲持续时间可以在约2秒和约30秒之间，和在给定的脉冲组的脉冲之间的脉冲延迟可以在约2秒和约30秒之间。在给定的脉冲组中施加至热处理的材料130的高强度非振荡磁场的脉冲数量或脉冲数目可以在5个脉冲和约500个脉冲之间。
施加高强度磁场172A、172B至热处理的材料130改变热处理的材料的变形特性而不改变材料的结晶相。由高强度磁场改变的热处理的材料130的变形特性包括材料的延伸性和材料内的屈服应力。一般而言，高强度磁场172A、172B通过增加材料在拉伸应力下变形的能力来增加热处理的材料130的延伸性，这可能归因于增加材料内颗粒边界彼此滑动的能力。根据一个实施方式，选择高强度磁场172A、172B的特征使得热处理的材料130的延伸性增加约50％和约200％之间。进一步，在一些实施中，高强度磁场172A、172B降低热处理的材料130的屈服应力，其增强了材料的变形能力。
在方法200的208处将高强度磁场172A、172B施加至热处理的材料130，并且热处理的材料的变形特性改变之后，方法包括在210处压缩第一和第二基座120A、120B之间的热处理的材料130。随着热处理的材料的变形特性改变以增强材料的变形能力，压缩第一和第二基座120A、120B之间的热处理的材料使材料的形状成形为由基座的工具面122A、122B以及模具112A、112B的界面表面限定的期望形状。在某些实施中，在210处压缩材料之前，从热处理的材料130移除在208处施加的非振荡高强度磁场。可选地，在208处施加的非振荡高强度磁场被持续地施加至热处理的材料130持续至少部分——如果不是全部的话——热处理的材料的压缩持续时间。
由于与在208处施加高强度电流至电磁线圈114A、114B以生成高强度非振荡磁场相关联的成本和热约束，高强度非振荡磁场可以以多个限制的持续时间的脉冲施加。在一些实施方式中，在高强度非振荡磁场的每个脉冲之后压缩和释放热处理的材料。例如，在208处将高强度非振荡磁场的单个脉冲(或在一些实施方式中多个脉冲)施加至热处理的材料130，并且完成在210处随后压缩热处理的材料以及去除压缩力之后，方法200包括在212处确定材料形成是否完成。如果在212处热处理的材料130的形成完成(即，热处理的材料成形为期望的形状)，那么方法200进行至在214处冷却电磁线圈114A、114B和在216处冷却第一和第二基座120A、120B的至少一个。但是，如果在212处热处理的材料130的形成未完成，那么方法200返回至步骤208以施加高强度非振荡磁场的另一个或多个脉冲至热处理的材料130，并且在210处再次压缩热处理的材料。因此，重复在208处施加高强度非振荡磁场至热处理的材料130和在210处压缩热处理的材料的子流程，直到热处理的材料成形为期望的形状。
在一些实施方式中，在208处施加高强度磁场至热处理的材料之后或在210处压缩热处理的材料之后，可进行在方法200的214处的冷却电磁线圈。但是，在其他实施方式中，在214处冷却电磁线圈可与在208处施加高强度磁场至热处理的材料同时进行和/或在210处压缩热处理的材料之后进行。第一冷却系统180可用于在方法200的214处冷却电磁线圈。
在212处热处理的材料形成完成之后，进行在216处冷却第一和第二基座。如上所指出，第一和第二基座的冷却还引起热处理的材料的冷却。经由第二冷却系统190可完成在216处的第一和第二基座的冷却。
在以上描述中，可使用某些术语，比如“上(up)”、“下(down)”、“上部的(upper)”、“下部的(lower)”、“水平的(horizontal)”、“垂直的(vertical)”、“左(left)”、“右(right)”、“之上(over)”、“之下(under)”等。当处理相对关系时，这些术语——在适用时——被用于提供描述的一些清晰性。但是，这些术语不旨在暗示绝对关系、位置和/或定向。例如，关于物体，通过将物体翻转“上部的”表面可简单地变为“下部的”表面。然而，它仍是相同的物体。此外，术语“包括”、“包含”、“具有”和其变型意思是“包括但不限于”，除非另有明确表达。列举的项目列表不暗示任何或全部项目是互相排斥和/或互相包括的，除非另有明确表达。术语“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”也指“一个或多个”，除非另有明确表达。此外，术语“多个”可被限定为“至少两个”。
另外，在本说明书中一个元件被“耦联(couple)”至另一元件的情况可包括直接耦联和间接耦联。直接耦联可被限定为一个元件耦联至另一元件和与另一元件有一些接触。间接耦联可被限定为两个元件之间不与彼此直接接触，而是在耦联元件之间具有一个或多个另外元件的耦联。此外，如本文所使用的，固定一个元件至另一元件可包括直接固定和间接固定。另外，如本文所使用的，“相邻”不表示必须接触。例如，一个元件可与另一元件相邻而不与该元件接触。
如本文所使用，短语“至少一个”当与一列项目一起使用时，意思是可使用一个或多个所列项目的不同组合并且可能仅需要列表的项目中的一个。项目可以是具体物体、东西或类别。换句话说，“至少一个”意思是可从列表中使用项目的任何组合或任何数目的项目，但并不要求列表中的全部项目。例如，“项目A、项目B和项目C的至少一个”可指项目A；项目A和项目B；项目B；项目A、项目B和项目C；或项目B和项目C。在一些情况下，“项目A、项目B和项目C的至少一个”可指例如但不限于两个项目A、一个项目B和十个项目C；四个项目B和七个项目C；或一些其他适当的组合。
除非另外指出，本文使用的术语“第一”、“第二”等仅用作标记，并不旨在将顺序、位置或分层要求强加在这些术语引用的项目上。而且，引用例如“第二”项目不要求或排除例如“第一”或较低编号的项目，和/或例如，“第三”或较高编号的项目的存在。
本文包括的示意性流程图通常阐释为逻辑流程图。因此，描绘的顺序和标记的步骤表明呈现的方法的一个实施方式。可构思在功能、逻辑或效果上与图解的方法的一个或多个步骤或其部分等效的其他步骤和方法。另外，提供使用的形式和符号以解释该方法的逻辑步骤并且理解为不限制该方法的范围。尽管在流程图中可使用各种箭头类型和线类型，但它们不应理解为限制相应方法的范围。事实上，一些箭头或其他连接体可仅用于指示该方法的逻辑流程。例如，箭头可指示在所描绘的方法中列举的步骤之间未指定的持续时间的等待或监测时期。另外，其中具体方法进行的顺序可能或可能不严格遵守显示的相应步骤的顺序。
第1条.塑造(form)热处理的材料的方法，包括：
将所述热处理的材料放置在第一基座和第二基座之间，所述第一基座和第二基座的每个包括根据所述热处理的材料的期望形状成形的工具面；
施加低强度磁场至所述第一基座和第二基座以加热所述第一基座和第二基座；
压缩所述第一基座和第二基座之间的所述热处理的材料以塑造所述热处理的材料为所述期望形状；和
在压缩所述第一基座和第二基座之间的所述热处理的材料之前施加高强度磁场至所述热处理的材料。
第2条.根据第1条所述的方法，其中所述低强度磁场是振荡磁场。
第3条.根据第2条所述的方法，其中所述振荡磁场具有低于0.5特斯拉的峰值磁通量。
第4条.根据第1条所述的方法，其中所述高强度磁场是非振荡磁场。
第5条.根据第4条所述的方法，其中所述高强度磁场具有高于1特斯拉的磁通量。
第6条.根据第5条所述的方法，其中所述高强度磁场的磁通量高于5特斯拉。
第7条.根据第1条所述的方法，其中所述高强度磁场增加所述热处理的材料的延伸性至少约50％。
第8条.根据第1条所述的方法，其中所述高强度磁场改变所述热处理的材料的变形特性而不改变所述热处理的材料的相。
第9条.根据第8条所述的方法，其中所述高强度磁场增加所述热处理的材料的延伸性并且降低所述热处理的材料的屈服应力。
第10条.根据第1条所述的方法，其中所述热处理的材料包括由高强度钢制造的装甲板。
第11条.根据第1条所述的方法，其中所述低强度磁场和所述高强度磁场是使用相同电磁线圈非同时施加的。
第12条.根据第1条所述的方法，其中施加所述高强度磁场至所述热处理的材料包括施加多个非振荡高强度磁场脉冲至所述热处理的材料。
第13条.根据第1条所述的方法，进一步包括用来自第一基座和第二基座的热量加热所述热处理的材料至远离所述热处理的材料的相变温度的加工温度。
第14条.根据第13条所述的方法，其中所述加工温度低于约150℃。
第15条.根据第1条所述的方法，进一步包括在压缩所述第一基座和第二基座之间的所述热处理的材料之后同时淬火所述第一基座、所述第二基座和所述热处理的材料。
第16条.塑造材料的方法，其包括：
加热处理所述材料以形成热处理的材料；
将所述热处理的材料放置在第一基座和第二基座之间，所述第一基座和第二基座的每个包括根据所述热处理的材料的期望形状成形的工具面；
施加低强度磁场至所述第一基座和第二基座以加热所述第一基座和第二基座；
压缩所述第一基座和第二基座之间的所述热处理的材料以塑造所述热处理的材料为所述期望形状；和
在压缩所述第一基座和第二基座之间的所述热处理的材料之前施加高强度磁场至所述热处理的材料。
第17条.根据第16条所述的方法，其中热处理所述材料包括：
使所述材料的温度从环境温度升高至转变温度以实现所述材料期望的同素异形转变；和
使所述材料的温度从所述转变温度降低至环境温度以在环境温度下维持所述材料期望的同素异形转变。
第18条.根据第17条所述的方法，其中所述高强度磁场改变所述热处理的材料的变形特性而不改变所述材料期望的同素异形转变。
第19条.根据第16条所述的方法，其中热处理所述材料包括硬化所述材料。
第20条.用于塑造热处理的材料的系统，包括：
包含第一基座的第一部分，所述第一基座包括根据所述热处理的材料的第一表面的期望形状成形的第一工具面；
包含第二基座的第二部分，所述第二基座包括根据所述热处理的材料的第二表面的期望形状成形的第二工具面，其中所述第一部分和第二部分相对于彼此是可移动的，以压缩所述第一基座和第二基座之间的热处理的材料；
电磁线圈，其配置为施加第一磁场至所述第一基座和第二基座，和施加第二磁场至所述第一基座和第二基座之间的热处理的材料，所述第一磁场具有第一强度和所述第二磁场具有第二强度，其中所述第二强度高于所述第一强度；和
控制器，其可操作地耦联至所述第一部分、第二部分和电磁线圈，所述控制器配置为：
在振荡电力和非振荡电力之间可变换地控制至所述电磁线圈的电力供应，所述振荡电力被供应至所述电磁线圈以产生所述第一磁场和所述非振荡电力被供应至所述电磁线圈以产生所述第二磁场，其中所述振荡电力具有峰值电压和所述非振荡电力具有高于所述峰值电压的恒定电压；和
在所述第一磁场被施加至所述第一基座和第二基座并且所述第二磁场被施加至所述第一基座和第二基座之间的热处理的材料之后，控制所述第一部分和第二部分相对于彼此移动以压缩所述第一基座和第二基座之间的所述热处理的材料。
本主题可以以其他具体形式体现而不背离其精神和本质特征。描述的实施方式在所有方面仅被认为是示意性的并且不是限制性的。落在权利要求的等效物的含义和范围内的所有改变包括在其范围内。

Claims (8)

1.一种塑造热处理的材料的方法，其包括：
将所述热处理的材料放置在第一基座和第二基座之间，所述第一基座和第二基座的每个包括根据所述热处理的材料的期望形状成形的工具面；
施加低强度磁场至所述第一基座和第二基座以加热所述第一基座和第二基座，其中所述低强度磁场是振荡磁场；
压缩所述第一基座和第二基座之间的所述热处理的材料以塑造所述热处理的材料为所述期望形状；和
在压缩所述第一基座和第二基座之间的所述热处理的材料之前施加高强度磁场至所述热处理的材料，
其中所述高强度磁场改变所述热处理的材料的变形特性而不改变所述热处理的材料的相。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述高强度磁场是非振荡磁场。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述低强度磁场和所述高强度磁场是使用相同电磁线圈非同时施加的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中施加所述高强度磁场至所述热处理的材料包括施加多个非振荡高强度磁场脉冲至所述热处理的材料。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括用来自所述第一基座和第二基座的热量加热所述热处理的材料至远离所述热处理的材料的相变温度的加工温度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述加工温度低于150℃。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在压缩所述第一基座和第二基座之间的所述热处理的材料之后同时淬火所述第一基座、第二基座和所述热处理的材料。
8.一种用于塑造热处理的材料的系统，其包括：
包含第一基座的第一部分，所述第一基座包括根据所述热处理的材料的第一表面的期望形状成形的第一工具面；
包含第二基座的第二部分，所述第二基座包括根据所述热处理的材料的第二表面的期望形状成形的第二工具面，其中所述第一部分和第二部分相对于彼此是可移动的，以压缩所述第一基座和第二基座之间的热处理的材料；
电磁线圈，其配置为施加第一磁场至所述第一基座和第二基座，和施加第二磁场至所述第一基座和第二基座之间的热处理的材料，所述第一磁场具有第一强度和所述第二磁场具有第二强度，其中所述第二强度高于所述第一强度，并且改变所述热处理的材料的变形特性而不改变所述热处理的材料的相；和
控制器，其可操作地耦联至所述第一部分、第二部分和电磁线圈，所述控制器配置为：
在振荡电力和非振荡电力之间可变换地控制至所述电磁线圈的电力供应，所述振荡电力被供应至所述电磁线圈以产生所述第一磁场和所述非振荡电力被供应至所述电磁线圈以产生所述第二磁场，其中所述振荡电力具有峰值电压和所述非振荡电力具有高于所述峰值电压的恒定电压；和
在所述第一磁场被施加至所述第一基座和第二基座并且所述第二磁场被施加至所述第一基座和第二基座之间的热处理的材料之后，控制所述第一部分和第二部分相对于彼此移动以压缩所述第一基座和第二基座之间的所述热处理的材料。
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