CN102489531A - 一种离心复合后半固态轧制制备层叠复合金属材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种离心复合后半固态轧制制备层叠复合金属材料的方法，在旋转铸型内先浇入一层固态下易塑性变形的金属液，间隔后再浇入一层固态下难变形的金属液，再间隔后浇入一层固态下易塑性变形的金属液，如此间隔浇注，得到环形层状金属复合坯料；将其沿着回转中心切开，然后加热到中间层固态下难变形金属的液相线区或固液相线区，同时保证外两侧的固态下易塑性变形金属处于固态塑性变形温度区间；进行轧制，形成层叠复合金属材料。由于先在离心复合工艺下达到冶金结合，不需要进行材料表面的处理，且不需后续热处理来增强界面结合强度，为金属基层状复合材料的制备提供了一种操作简单、所需能耗小、界面结合强度高的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于材料加工领域，涉及一种层状金属复合材料的制备方法，特别是一种离心复合后半固态轧制制备层叠复合金属材料的方法。
背景技术
层状金属复合材料是将两种或两种以上金属材料分层组合形成牢固贴合的复合材料。双金属复合材料可以发挥两种单一金属的优点，具备特殊的物理、化学及力学性能，满足高强度、高比刚度、抗疲劳性、尺寸稳定、耐磨、抗振、防腐等要求，同时可以大大节省稀贵金属，降低成本。目前，双金属复合材料已被广泛应用于化工、石油、电力、机械、航空、航天、船舶等领域。
层状金属复合材料的现有制备工艺可以划分为三类：固—固相复合法，如爆炸焊接法、轧制复合法、挤压复合法、烧结复合法等；液—固相复合法，如铸轧复合法、喷射沉积法、复合浇注法、反向凝固法等；液—液相复合法，如电磁连铸法。上述方法虽然可通过不同复合方法获得具有一定结合强度的双金属复合板，但仍存在诸多不足，如，轧制法可复合的金属种类很多，但轧制复合往往不能对如高铬铸铁等脆性材料进行轧制，而且需要进行表面处理和退火强化处理等工艺，板形控制困难，轧件易边裂，易形成脆性金属化合物，且道次轧制变形量大，需要大功率的轧机；爆炸复合法板形控制困难，也不适于连续生产，并且炸药爆炸所产生的巨大声响和冲击波会给人们心理及周围环境带来刺激和污染；扩散焊接产品界面的力学性能较差，且对生产设备的要求也较高；铸造复合法对设备制造、工艺水平、操作技能及自动化控制等均有较高的要求，特别是需要控制好浇注速度，才能使两层金属界面结合良好且界面稳定。
最新研究开发双金属复合板工艺，如，电磁成型复合、自蔓延高温合成焊接技术、激光熔敷技术、喷射沉积复合技术、液—固相轧制法，在技术上还不很成熟，有些甚至仍处于探索阶段，有些方法不适合规模化生产，或工艺和成本难以让生产企业接受。
根据发明人所进行的资料检索，相关专利引述如下：
（1）中国专利［CN101683655A］提供一种近固相线温度轧制复合制备金属层叠复合材料的方法；该方法虽然可对固态下难变形的材料进行轧制，各层金属也可获得冶金结合，但仍需要进行材料表面的处理，界面处易产生脆性金属化合物。
（2）中国专利［CN1426857A］提供一种液相轧制金属复合板的制备方法；采用液相轧制法制备了三金属复合板，但需要后续热处理来达到各层之间的冶金结合。
发明内容
本发明的目的在于克服传统层状金属复合材料制备工艺技术的不足，提供一种制备层状金属复合材料的新工艺，即一种离心复合后半固态轧制制备层叠复合金属材料的方法，通过下列技术方案实现。
一种离心复合后半固态轧制制备层叠复合金属材料的方法，经过下列各步骤：
（1）分别熔炼固态下易塑性变形的金属材料和固态下难变形的金属材料成为金属液；
（2）在旋转铸型内先浇入一层步骤（1）所得固态下易塑性变形的金属液，间隔后再浇入一层步骤（1）所得固态下难变形的金属液，再间隔后浇入一层步骤（1）所得固态下易塑性变形的金属液，如此间隔浇注，使最后一层为固态下易塑性变形的金属液，以保证最外两层为固态下易塑性变形的金属液，得到环形层状金属复合坯料；
（3）将步骤（2）所得环形层状金属复合坯料沿着回转中心切开，得到半圆环状复合坯料；
（4）将步骤（3）所得半圆环状复合坯料加热到中间层固态下难变形金属的液相线区或固液相线区，同时保证外两侧的固态下易塑性变形金属处于固态塑性变形温度区间；
（5）将步骤（4）加热后的半圆环状复合坯料进行轧制，形成层叠复合金属材料。
所述步骤（2）的环形层状金属复合坯料的层数为三层或者三层以上。
本发明采用离心复合与半固态轧制复合相结合，是先通过离心铸造复合工艺达到冶金结合制备层状金属复合坯料，后进行轧制复合获得层状金属复合材料，在轧制过程中，中间层材料达到半固态温度区间的同时，内外两侧材料应处于塑性变形温度区间，内外两侧金属不会产生过烧现象，通过轧制压力的作用使各层材料界面达到更牢固的冶金结合。特别适用于中间层多为脆性而难以在固态下加工的材料的制备方法。
同现有技术相比，本发明具有如下优点或积极效果：
1、通过该工艺制得的层状金属复合材料，各层在离心铸造复合工艺获得冶金结合的前提下，中间层在半固态温度区间通过轧制压力的作用可实现各层界面更牢固的结合。各层界面的结合强度高于采用传统任何方法所制备的层状金属复合材料。
2、适用于固态下难变形而难以采用常规固-固复合的材料。例如，高铬铸铁由于脆性大，轧制过程中不易产生塑性变形而无法进行轧制。采用该工艺可以成功制备出碳钢/高铬铸铁/碳钢三层复合板材。
3、针对固液复合及轧制复合工艺，该工艺制得的层状金属复合材料不需要对各层材料的表面进行复杂的预处理。
4、针对轧制复合工艺，该工艺可大幅减小首次压下量，所需轧制力小，不需要专有设备，可以在现有大规模离心机与轧机上使用，所需能耗小。
各层材料由于先在离心复合工艺下达到冶金结合，相比于普通轧制复合，不需要进行材料表面的处理，且不需后续热处理来增强界面结合强度。轧制后的层状金属复合材料也可后续加工成多金属复合板材。采用此方法制得的层状金属复合材料，各层结合强度高于传统任何工艺所制备的层状金属复合材料；为金属基层状复合材料的制备提供了一种操作简单、所需能耗小、界面结合强度高的制备方法。
附图说明
图1为实施例1所得环形三层状金属复合坯料的示意图；
图2为实施例1轧制过程所得层叠复合金属材料的示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容，但这些实例并不限制本发明的保护范围。
实施例1
（1）分别熔炼固态下易塑性变形的金属材料Q235钢和固态下难变形的金属材料高铬铸铁成为金属液；
（2）在旋转铸型内先浇入一层步骤（1）所得Q235钢的金属液，间隔后再浇入一层步骤（1）所得高铬铸铁的金属液，再间隔后浇入一层步骤（1）所得Q235钢的金属液，保证每层厚度为10mm，得到环形三层金属复合坯料；如附图1所示；
（3）将步骤（2）所得环形层状金属复合坯料沿着回转中心切开，得到半圆环状复合坯料；
（4）将步骤（3）所得半圆环状复合坯料加热到1200～1230℃区间，使中间层高铬铸铁为固液相线区，外两侧的Q235钢处于固态塑性变形温度区间；
（5）将步骤（4）加热后的半圆环状复合坯料进行轧制，压下量为20～50%，形成Q235钢/高铬铸铁/Q235钢层叠复合金属材料，如附图2所示。
实施例2
（1）分别熔炼固态下易塑性变形的金属材料Q235钢和固态下难变形的金属材料高铬铸铁成为金属液；
（2）在旋转铸型内先浇入一层步骤（1）所得Q235钢的金属液，间隔后再浇入一层步骤（1）所得高铬铸铁的金属液，再间隔后浇入一层步骤（1）所得Q235钢的金属液，如此间隔浇注，使最后一层为Q235钢的金属液，以保证最外两层为固态下易塑性变形的金属液，得到环形五层金属复合坯料；
（3）将步骤（2）所得环形层状金属复合坯料沿着回转中心切开，得到半圆环状复合坯料；
（4）将步骤（3）所得半圆环状复合坯料加热到1200～1230℃区间，使中间层高铬铸铁为液相线区，外两侧的Q235钢处于固态塑性变形温度区间；
（5）将步骤（4）加热后的半圆环状复合坯料进行轧制，压下量为20～50%，形成层叠复合金属材料。
Claims (2)
1.一种离心复合后半固态轧制制备层叠复合金属材料的方法，其特征在于经过下列各步骤：
（1）分别熔炼固态下易塑性变形的金属材料和固态下难变形的金属材料成为金属液；
（2）在旋转铸型内先浇入一层步骤（1）所得固态下易塑性变形的金属液，间隔后再浇入一层步骤（1）所得固态下难变形的金属液，再间隔后浇入一层步骤（1）所得固态下易塑性变形的金属液，如此间隔浇注，使最后一层为固态下易塑性变形的金属液，以保证最外两层为固态下易塑性变形的金属液，得到环形层状金属复合坯料；
（3）将步骤（2）所得环形层状金属复合坯料沿着回转中心切开，得到半圆环状复合坯料；
（4）将步骤（3）所得半圆环状复合坯料加热到中间层固态下难变形金属的液相线区或固液相线区，同时保证外两侧的固态下易塑性变形金属处于固态塑性变形温度区间；
（5）将步骤（4）加热后的半圆环状复合坯料进行轧制，形成层叠复合金属材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（2）的环形层状金属复合坯料的层数为三层或者三层以上。
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