CN101362148B - 一种用于异质难熔金属钼与不锈钢复合板的轧制连接方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于异质难熔金属钼与不锈钢复合板的轧制连接方法，它涉及一种异质难熔金属钼与不锈钢复合板的复合方法。针对钼与不锈钢物理性能差异大，而导致的焊接应力高、直接连接容易形成大量的硬度高、且脆性大的金属间化合物及钼低温冲击韧性低等问题。方法是：将不锈钢板和钼板的连接面铣平，将不锈钢板、钼板和紫铜箔酸洗后，将紫铜箔夹在不锈钢板和钼板中间固定构成复合板，将复合板放入真空室中，真空度为(1～3)×10-3Pa，加热温度为850～1050℃，加热速度为300～600℃/h，对复合板保温10～45min后轧制连接，轧制温度为850～1050℃，压缩率为15％～35％，轧制速度为0.038～0.2m/s，轧制后的复合板在真空中冷却至200℃以下取出。本发明可实现低温抗冲击韧性低的钼与不锈钢高强度连接的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种异质难熔金属钼与不锈钢复合板的复合方法。
背景技术
钼属于难熔金属，熔点高、热强度高、弹性模量高而且抗腐蚀性能优异。钼的硬度很高，机械加工困难。钼及其合金在宇航、原子能、电子和民用工业中有重要的应用价值，能够作为火箭发动机喷管材料、高温和熔盐反应堆结构材料、高温炉发热体及反射屏的材料，同时也是在抗液体金属、熔融玻璃腐蚀等一系列要求工作温度较高和抗腐蚀的工作领域中必不可少的金属材料。由于钼不与氢发生反应，所以钼是氢气高温炉发热体或反射屏的最佳用材。不锈钢是最为常用的结构材料，强度较高、成本低、综合性能好。在航空工业中(喷管、机翼前缘、辐射屏蔽)、核工业(热交换器、支承格栅)中、化学工业中以及真空电子器件的阳极常常需要把钼与不锈钢或者是可伐材料进行焊接，因此钼与不锈钢的连接是一个急需解决的问题。
钼的熔点为2610℃，大约比不锈钢的熔点高1000℃，属于难熔金属，二者的焊接困难很大。TIG焊操作简单、成本低、适用范围广，但是在钼与不锈钢的TIG熔化焊接时的焊接温度很高，二者的物理性能尤其是线膨胀系数存在较大的差异，因此在焊接的高温条件下会形成较大的焊接应力，这就使得焊接时容易产生开裂的现象，而且在高温下钼会与不锈钢的化学元素之间形成硬度高、脆性大的金属间化合物，导致接头脆化，使得焊接接头开裂甚至无法形成完整的焊接接头，另外二者的熔点差别很大，容易造成低熔点材料的流失、合金元素烧损或蒸发，给连接带来了很大的困难。
爆炸焊接是制造异种材料复合板的主要方法之一，但是爆炸焊接的连接界面会产生强烈的塑性变形，容易形成多种宏观和微观的缺陷，造成连接界面处的组织和性能不均匀，焊接复合板难以在腐蚀性环境下应用。另外由于钼的低温冲击韧性低，在采用爆炸焊接的方法进行钼和不锈钢板的连接时极易产生钼脆裂的问题，只有把钼板加热到400℃以上时与不锈钢进行爆炸焊接才能够实现良好的连接。但是钼板的预热使得焊接工艺更为复杂，而且在大气环境下材料的氧化问题也给连接带来了困难。
为此有必要发明一种新型的钼与不锈钢复合板的连接方法，这种方法能够有效地解决钼与不锈钢物理性能差异大、直接连接会形成大量脆性的金属间化合物及钼低温冲击韧性低等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于异质难熔金属钼与不锈钢复合板的轧制连接方法，以解决由于钼与不锈钢物理性能差异大，而导致的焊接应力高、直接连接容易形成大量的硬度高、脆性大的金属间化合物及钼低温冲击韧性低等问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明的轧制连接方法是这样完成的：一、取不锈钢板、钼板及紫铜箔待用，先将不锈钢板的连接表面与钼板的连接表面铣平，将不锈钢板、钼板和紫铜箔酸洗，然后将不锈钢板和钼板叠放在一起，将紫铜箔夹在不锈钢板和钼板的中间构成三层金属板，所述三层金属板的一端通过两个铆钉固定在一起构成一个复合板；二、将上述所述复合板放入真空室中，当真空度达到(1～3)×10-3Pa时开始对复合板加热，加热温度为850～1050℃，加热速度为300～600℃/h，之后，对复合板保温10～45min；三、对复合板进行轧制连接，轧制温度为850～1050℃，压缩率为15％～35％，轧制速度为0.038～0.2m/s，轧制后的复合板在真空中冷却至200℃以下取出。
本发明的有益效果是：一、本发明采用在真空中轧制连接的方法制造钼与不锈钢的复合板，由于连接过程在真空中进行，因此可以避免在加热时连接材料的氧化，在高温下进行轧制，钼塑性好、冲击韧性高。二、由于轧制连接过程时间很短，因此在保证连接形成的同时能够有效地控制连接材料之间的扩散，从而有效地控制对连接不利的脆性的金属间化合物的体积分数。三、在轧制力矩的作用下连接板材和中间层材料均发生塑性变形，这能够有效的实现连接材料表面的紧密接触，因此这种方法对连接材料表面的要求不高，能够焊接面积较大的板材，且连接材料的相对厚度和相对位置可以是任意的组合，没有严格的限制。经过轧制连接后的连接材料的组织和性能更为均匀，连接界面没有明显的缺陷，钼与不锈钢复合板能够在高温和腐蚀性环境下应用。四、加入紫铜箔作为钼与不锈钢连接的中间层材料，这样可以避免在连接过程中钼与不锈钢的化学元素之间形成硬度高、脆性大的金属间化合物。由于紫铜塑性好，因此在轧制过程中紫铜的塑性变形程度较大，能够促进连接表面之间的紧密接触和连接，而且紫铜具有一定的强度，能够保证复合板具有较高的结合强度，紫铜的成本也较低，应用价值高。五、采用本发明的方法制成的钼与不锈钢复合板可在真空电子器件、航空工业、核工业以及化学工业中应用。
附图说明
图1是本发明的复合板的真空热轧过程示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的轧制连接方法是这样完成的：一、取不锈钢板1、钼板2及紫铜箔3待用，先将不锈钢板1的连接表面与钼板2的连接表面铣平，将不锈钢板1、钼板2和紫铜箔3酸洗，然后将不锈钢板1和钼板2叠放在一起，将紫铜箔3夹在不锈钢板1和钼板2的中间构成三层金属板，所述三层金属板的一端通过两个铆钉4固定在一起构成一个复合板；二、将上述所述复合板放入真空室中，当真空度达到(1～3)×10-3Pa时开始对复合板加热，加热温度为850～1050℃，加热速度为300～600℃/h，之后，对复合板保温10～45min；三、对复合板进行轧制连接，轧制温度为850～1050℃，压缩率为15％～35％，轧制速度为0.038～0.2m/s，轧制后的复合板在真空中冷却至200℃以下取出。
本实施方式中，钛合金板2与不锈钢板1用电火花线切割的方法切割成所需要的尺寸。本实施方式中所制得的复合板的总厚度为2～40mm，连接界面的金属间化合物层的总厚度控制在3μm以下，复合板的抗拉强度为350～400MPa。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式在步骤一中，所用的紫铜箔3的厚度为0.1～0.5mm，经铣平后的不锈钢板1和钼板2的厚度分别为1～20mm。可保证钛合金板2与不锈钢板1连接可靠。其它轧制连接方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤一中，在三层金属板一端的上表面上钻两个通孔，将两个铆钉4分别压入两个通孔内，铆钉4的两端与三层金属板的上下表面平齐。
本实施方式中，使用液压式万能试验机将铆钉4压入到三层金属板中，铆钉4被压缩后截面积膨胀从而固定待轧制连接的板材，避免其在轧制过程中在轧制力的作用下分开。其它轧制连接方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式在步骤二中，当真空度达到2×10-3Pa时开始对复合板加热，加热温度为1000℃，加热速度为450℃/h，之后，对复合板保温30min，保证连接板材的内部和表面的温度一致。其它轧制连接方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式在步骤二中，当真空度达到1×10-3Pa时开始对复合板加热，加热温度为850℃，加热速度为300℃/h，之后，对复合板保温10min，保证连接板材的内部和表面的温度一致。其它轧制连接方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式在步骤二中，当真空度达到3×10-3Pa时开始对复合板加热，加热温度为1050℃，加热速度为600℃/h，之后，对复合板保温45min，保证连接板材的内部和表面的温度一致。其它轧制连接方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式在步骤三中，对复合板进行轧制连接，轧制温度为950℃，压缩率为25％，轧制速度为0.1m/s，保证轧制过程的顺利进行和复合板连接的形成。其它轧制连接方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式在步骤三中，对复合板进行轧制连接，轧制温度为850℃，压缩率为15％，轧制速度为0.038m/s，保证轧制过程的顺利进行和复合板连接的形成。其它轧制连接方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式在步骤三中，对复合板进行轧制连接，轧制温度为1050℃，压缩率为35％，轧制速度为0.2m/s，保证轧制过程的顺利进行和复合板连接的形成。其它轧制连接方法与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式是本发明的一个具体实施例：本实施例的轧制连接方法是这样完成的：一、选取长×宽×厚＝(100～1000)×(50～120)×(1～20)mm的钼板2和长×宽×厚＝(100～1000)×(50～120)×(1～20)mm的不锈钢板1，二者的相对厚度可以根据需要选择，选取厚度为0.1～0.5mm的紫铜箔3作为中间层材料，先将不锈钢板1的连接表面与钼板2的连接表面铣平，将不锈钢板1、钼板2和紫铜箔3酸洗，以去除连接表面的油污和影响连接的杂质，然后将不锈钢板1和钼板2叠放在一起，将紫铜箔3夹在不锈钢板1和钼板2的中间构成三层金属板，所述三层金属板的一端通过两个铆钉4固定在一起构成一个复合板，用铆钉4固定防止连接过程中连接材料分离，也可以采用点焊的方法固定；二、将上述所述复合板放入真空加载室中，当真空度达到(1～3)×10-3Pa时开始对复合板加热，加热温度为850～1050℃，加热速度为300～600℃/h，之后，对复合板保温10～45min；三、对复合板进行轧制连接，轧制温度为850～1050℃，压缩率为15％～35％，轧制速度为0.038～0.2m/s，轧制后的复合板在真空中冷却至200℃以下取出，避免复合板在高温下与空气接触被氧化。
Claims (10)
1.一种用于异质难熔金属钼与不锈钢复合板的轧制连接方法，其特征在于：所述轧制连接方法是这样完成的：一、取不锈钢板(1)、钼板(2)及紫铜箔(3)待用，先将不锈钢板(1)的连接表面与钼板(2)的连接表面铣平，将不锈钢板(1)、钼板(2)和紫铜箔(3)酸洗，然后将不锈钢板(1)和钼板(2)叠放在一起，将紫铜箔(3)夹在不锈钢板(1)和钼板(2)的中间构成三层金属板，所述三层金属板的一端通过两个铆钉(4)固定在一起构成一个复合板；二、将上述所述复合板放入真空室中，当真空度达到1×10-3Pa～3×10-3Pa时开始对复合板加热，加热温度为850～1050℃，加热速度为300～600℃/h，之后，对复合板保温10～45min；三、对复合板进行轧制连接，轧制温度为850～1050℃，压缩率为15％～35％，轧制速度为0.038～0.2m/s，轧制后的复合板在真空中冷却至200℃以下取出。
2.根据权利要求1所述的一种用于异质难熔金属钼与不锈钢复合板的轧制连接方法，其特征在于：所述步骤一中，所用的紫铜箔(3)的厚度为0.1～0.5mm，经铣平后的不锈钢板(1)和钼板(2)的厚度分别为1～20mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于异质难熔金属钼与不锈钢复合板的轧制连接方法，其特征在于：所述步骤一中，在三层金属板一端的上表面上钻两个通孔，将两个铆钉(4)分别压入两个通孔内，铆钉(4)的两端与三层金属板的上下表面平齐。
4.根据权利要求1所述的一种用于异质难熔金属钼与不锈钢复合板的轧制连接方法，其特征在于：所述步骤二中，当真空度达到2×10-3Pa时开始对复合板加热，加热温度为1000℃，加热速度为450℃/h，之后，对复合板保温30min。
5.根据权利要求1所述的一种用于异质难熔金属钼与不锈钢复合板的轧制连接方法，其特征在于：所述步骤二中，当真空度达到1×10-3Pa时开始对复合板加热，加热温度为850℃，加热速度为300℃/h，之后，对复合板保温10min。
6.根据权利要求1所述的一种用于异质难熔金属钼与不锈钢复合板的轧制连接方法，其特征在于：所述步骤二中，当真空度达到3×10-3Pa时开始对复合板加热，加热温度为1050℃，加热速度为600℃/h，之后，对复合板保温45min。
7.根据权利要求1所述的一种用于异质难熔金属钼与不锈钢复合板的轧制连接方法，其特征在于：所述步骤三中，对复合板进行轧制连接，轧制温度为950℃，压缩率为25％，轧制速度为0.1m/s。
8.根据权利要求1所述的一种用于异质难熔金属钼与不锈钢复合板的轧制连接方法，其特征在于：所述步骤三中，对复合板进行轧制连接，轧制温度为850℃，压缩率为15％，轧制速度为0.038m/s。
9.根据权利要求1所述的一种用于异质难熔金属钼与不锈钢复合板的轧制连接方法，其特征在于：所述步骤三中，对复合板进行轧制连接，轧制温度为1050℃，压缩率为35％，轧制速度为0.2m/s。
10.根据权利要求1所述的一种用于异质难熔金属钼与不锈钢复合板的轧制连接方法，其特征在于：所述步骤三中，经轧制连接后的复合板的总厚度为2～40mm。
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