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。

由于材料中产生的温度梯度会形成较大的热应力，导致工件内部形成裂纹，如图3 所示。当加热大型工件或当工件组织处于“铸造”状态时，裂纹形成和扩展的风险尤其值得注意，因为铸造材料的孔隙率和潜在的不均匀在本质上增加了这种可能性。

由于这些潜在的问题，在选择频率、功率密度和加热时间以及加热设备的设计和控制时，就必须解决材料的局部过热问题。

感应加热的电磁效率本质上与负载（坯料、棒、管等）电阻相关，高电阻率材料具有更高的加热效率。从图1 中的两个功率密度曲线对比可以看出，加热过程开始时，单位长度铝6061 坯料的总感应加热功率约为同直径不锈钢坯料的四分之一，反映了感应加热低电阻率合金的电磁效率低于高电阻率材料。与其他加热该类型材料的方法相比，电磁感应加热仍可提供显著的效率优势。

根据铝、铜、银和镁合金的电子特性，一般需要相对较高的磁场强度来满足生产率要求。有时为了获得更大的电流透入深度，会使用非常低的频率，此时的磁场强度会较大，电磁力也会非常高。在连续的坯料加热过程中，当坯料接近并通过最终的线圈出口时，坯料端部的磁场会发生扭曲变形。如图4 所示，在线圈的端部区域，磁场的径向分量会对坯料产生显著的纵向力。由于铝、镁等有色合金密度较小，摩擦力也较小。当纵向力超过摩擦力时，会将坯料从线圈中排出。在这种情况下，必须通过计算机仿真来考虑额外的设计方法或材料处理方案，以避免这种潜在的危险。

如上面所述，低频电流使用在加热低电阻率材料上有着诸多热能优势。除了这些热能优势之外，较低的频率还可以显著增加线圈功率因子。然而，在低频率下，线圈电压和每匝线圈的压降较低，而线圈电流可能会相当高，因此可能带来诸多潜在问题，包括线圈末端的线圈匝间作用的纵向电磁力增加，高传输损耗和负载匹配考验等。为了避免这些缺点，在某些情况下使用多层式线圈可能具有较大优势，如图5 所示。