CN103878536A - 一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于层状复合材料的制备加工技术领域的一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法。此方法适用于钢铝复合板，特别是厚度为2～4mm钢铝复合板薄板的制备加工。所采用的工艺步骤依次为：耐磨钢板和铝板待复合表面的表面处理、爆炸焊接、退火处理、校平和裁边、铆接组坯、温轧、校平、切定尺。本发明方法采用“爆炸焊接+温轧”工艺将耐磨钢板和铝合金板复合在一起，制备出钢铝复合板，既具有良好的耐磨性，又实现了轻量化，将具有广阔的应用前景。适合于批量生产钢铝复合板，特别是厚度为2～4mm钢铝复合板薄板的制备加工。

Description

一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法
技术领域
本发明属于层状复合材料制备加工技术领域，具体涉及一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法。
背景技术
耐磨钢广泛应用于矿山机械、工程机械、农业机械、电力机械、交通运输等部门；在各种各样的机械中凡是有相对运动的工件间，皆会产生各种类型的磨损，都会有提高工件材料耐磨性的要求或要求采用耐磨钢，但钢的密度大。目前在各行各业，特别是在交通运输行业面临着节能、环保的巨大压力，需要实现车辆、设备的轻量化。铝合金的密度小、价格低，延展性好。如果能将耐磨钢和铝合金两者结合起来，制备出耐磨轻质钢铝层状复合材料，将具有广阔的应用前景。
爆炸焊接是一种制造异种金属层状复合板的工艺技术，已经被广泛应用于钢/不锈钢、钛/钢、铜/钢、铜/铝、普通碳钢/铝、不锈钢/铝等双层或多层复合板材料的生产中。耐磨钢板和铝合金板同样也能通过爆炸焊接的方法实现连接，但由于耐磨钢的硬度大，韧性高，与铝合金的性能相差很大，所以爆炸焊接工艺与其他两种性质相差不大的金属相比有所不同。因此如何将两种性能相差很大的金属复合在一起，是一个技术难关。此外爆炸焊接目前主要用于制备总厚度≥5mm的层状复合板，为了制备出最终厚度为2～4mm的层状复合板，必须对爆炸复合板进行进一步的轧制减薄。本发明经过大量实验，找到了采用“爆炸焊接+温轧工艺”制备耐磨轻质钢铝复合板薄板的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，包括如下步骤：
（1）耐磨钢板和铝板待复合表面的处理：取经退火处理的耐磨钢板和铝板，用机械打磨的方法将耐磨钢板和铝板待复合表面进行打磨，之后将板材保存在干燥环境中，并在24小时之内使用。
（2）爆炸焊接：将处理好的耐磨钢板和铝板进行爆炸焊接；
（3）退火处理：将爆炸焊接好的钢铝复合板进行退火处理，退火温度为400～460℃，保温1～3小时，随炉冷却；
（4）校平和裁边：将退火之后的爆炸焊接钢铝复合板进行校平处理，并进行裁边，去掉复合板四边未复合或开裂的部分；
（5）铆接组坯：将两张校平之后的爆炸焊接钢铝复合板进行四边铆接组坯，组坯方式为铝-钢、钢-铝，即钢层在内，铝层在外；
（6）温轧：将组好坯的一对爆炸焊接钢铝复合板放入加热炉中加热到400～460℃，保温1～5小时，然后进行温轧，道次压下率为16%～20%，总共进行4道次，总加工率为50%～60%；
（8）校平：拆开经过温轧的钢铝复合板板坯，然后对单张的钢铝复合板进行校平；
（9）切定尺：对校平后的钢铝复合板切定尺，得到成品板材。
步骤（1）中所述耐磨钢板为锰系低合金耐磨钢板；铝板为表面包覆有纯铝的铝合金2024板，其表面包覆纯Al层厚度为0.25mm。
优选的，所述耐磨钢板为合金牌号为16MnK，20MnK和25MnVK的锰系低合金耐磨钢板。
优选的，步骤（1）中所述耐磨钢板的厚度为1～2mm，铝板的厚度为4～8 mm。
优选的，步骤（2）中所述爆炸焊接的工艺参数为：使用铵油混合炸药，其质量百分比组成为：70～90%的NH4NO3、5～15%的柴油、5～15%的锯末；炸药的爆速为2000～4000m/s；炸药高度为20～40mm；安装间隙为2～5mm，间隙支撑物为纯铝薄片制作，电雷管边部起爆；耐磨钢板为覆板在上，铝板为基板在下，放在地基上；在耐磨钢板上涂上1～2mm厚的黄油作为保护层。
本发明的有益效果为：采用“爆炸焊接+温轧”工艺将耐磨钢板和铝合金板复合在一起，制备出钢铝复合板，既具有良好的耐磨性，又实现了轻量化，将具有广阔的应用前景。适合于批量生产钢铝复合板，特别是厚度为2～4mm钢铝复合板薄板的制备加工。
附图说明
图1 为耐磨轻质钢铝复合板的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
根据图1所示的制备工艺流程图，厚度为2mm钢铝复合板的制备步骤如下：耐磨钢板为16MnK合金：
（1）16MnK耐磨钢板和铝合金2024板待复合表面的表面处理：选择退火处理的16MnK耐磨钢板和铝合金2024板，16MnK耐磨钢板规格为1050×1050×1mm，成分如表1所示, 铝合金2024板规格为1000×1000×4mm（其中表面包覆纯Al层厚度为0.25mm），成分如表2所示；采用机械打磨的方法将16MnK耐磨钢板和铝合金2024板待复合表面进行打磨处理，并清理干净，打磨之后的板材在干燥的环境中保存，并在24小时之内使用。
表1  16MnK耐磨钢的化学成分（%）
C Si Mn P S Fe
0.16 0.32 1.38 ＜0.045 ＜0.045 基体
表2  铝合金2024的化学成分（%）
Si Fe Cu Mn Mg Ni Zn Ti Al
0.32 0.24 4.2 0.6 1.5 0.1 0.2 0.09 基体
（2）爆炸焊接：将处理好的16MnK耐磨钢板和铝合金2024板进行爆炸焊接，爆炸焊接工艺参数为：使用铵油混合炸药，其组成（质量百分比）为：NH4NO3:70%, 柴油： 15%, 锯末含量15%；炸药的爆速为2000m/s；药高度为20mm;安装间隙为2mm，间隙支撑物采用纯铝薄片制作，采用电雷管边部起爆；耐磨钢板为覆板在上，铝板为基板在下，放在地基上；在耐磨钢板上涂上1mm厚的黄油作为保护层。
（3）退火处理：将爆炸焊接好的钢铝复合板进行退火处理，退火温度为400℃，保温1小时，随炉冷却。
（4）校平和裁边：将退火之后的爆炸焊接钢铝复合板进行校平处理，并进行裁边，去掉复合板四边未复合或开裂的部分。
（5）铆接组坯：将两张校平之后的爆炸焊接钢铝复合板进行四边铆接组坯，组坯方式为铝-钢、钢-铝，即钢层在内，铝层在外。
（6）温轧：将组好坯的一对爆炸焊接钢铝复合板放入加热炉中加热到400℃，保温1小时，然后进行温轧，道次压下率为20%，总共进行4道次，总加工率为60%。经过温轧后，组坯耐磨钢/铝合金复合板总厚度为4mm,单张复合板厚度为2mm。
（8）校平：拆开经过温轧的钢铝复合板板坯，然后对单张厚度为2mm的钢铝复合板进行校平。
（9）切定尺：对校平后的钢铝复合板切定尺，得到成品板材。
实施例2
根据图1所示的制备工艺流程图，厚度为4mm钢铝复合板的制备工艺如下：耐磨钢板为20MnK合金：
（1）20MnK耐磨钢板和铝合金2024板待复合表面的表面处理：选择经过退火处理的20MnK耐磨钢板和铝合金2024板，20MnK耐磨钢板规格为1050×1050×2mm，成分如表3所示, 铝合金2024板规格为1000×1000×8mm（其中表面包覆纯Al层厚度为0.25mm），成分如表2所示；采用机械打磨的方法将20MnK耐磨钢板和铝合金2024板待复合表面进行打磨处理，并清理干净，打磨之后的板材在干燥的环境中保存，并在24小时之内使用。
表3  20MnK耐磨钢的化学成分（%）
C Si Mn P S Fe
0.20 0.42 1.48 ＜0.05 ＜0.05 基体
（2）爆炸焊接：将处理好的20MnK耐磨钢板和铝合金2024板进行爆炸焊接，爆炸焊接工艺参数为：使用铵油混合炸药，其组成（质量百分比）为：NH4NO3:90%, 柴油： 5%, 锯末含量5%；炸药的爆速为4000m/s；药高度为40mm; 安装间隙为5mm，间隙支撑物采用纯铝薄片制作，采用电雷管边部起爆；耐磨钢板为覆板在上，铝板为基板在下，放在地基上；在耐磨钢板上涂上2mm厚的黄油作为保护层。
（3）退火处理：将爆炸焊接好的钢铝复合板进行退火处理，退火温度为460℃，保温3小时，随炉冷却。
（4）校平和裁边：将退火之后的爆炸焊接钢铝复合板进行校平处理，并进行裁边，去掉复合板四边未复合或开裂的部分。
（5）铆接组坯：将两张校平之后的爆炸焊接钢铝复合板进行四边铆接组坯，组坯方式为铝-钢+钢-铝，即钢层在内，铝层在外。
（6）温轧：将组好坯的一对爆炸焊接钢铝复合板放入加热炉中加热到460℃，保温5小时，然后进行温轧，道次压下率为20%，总共进行4道次，总加工率为60%。经过温轧后，组坯耐磨钢/铝合金复合板总厚度为8mm,单张复合板厚度为4mm。
（8）校平：拆开经过温轧的钢铝复合板板坯，然后对单张厚度为4mm的钢铝复合板进行校平。
（9）切定尺：对校平后的钢铝复合板切定尺，得到成品板材。
实施例3
根据图1所示的制备工艺流程图，厚度为4mm钢铝复合板的制备工艺如下：耐磨钢板为25MnVK合金：
（1）25MnVK耐磨钢板和铝合金2024板待复合表面的表面处理：选择经过退火处理的25MnVK耐磨钢板和铝合金2024板，25MnVK耐磨钢板规格为1050×1050×1.6mm，成分如表4所示, 铝合金2024板规格为1000×1000×6.4mm（其中表面包覆纯Al层厚度为0.25mm），成分如表2所示；采用机械打磨的方法将25MnVK耐磨钢板和铝合金2024板待复合表面进行打磨处理，并清理干净，打磨之后的板材在干燥的环境中保存，并在24小时之内使用。
表4  25MnVK耐磨钢的化学成分（%）
C Si Mn V P S Fe
0.26 0.78 1.43 0.09 ＜0.05 ＜0.05 基体
（2）爆炸焊接：将处理好的25MnVK耐磨钢板和铝合金2024板进行爆炸焊接，爆炸焊接工艺参数为：使用铵油混合炸药，其组成（质量百分比）为：NH4NO3:90%, 柴油： 5%, 锯末含量5%；炸药的爆速为4000m/s；药高度为40mm; 安装间隙为5mm，间隙支撑物采用纯铝薄片制作，采用电雷管边部起爆；耐磨钢板为覆板在上，铝板为基板在下，放在地基上；在耐磨钢板上涂上2mm厚的黄油作为保护层。
（3）退火处理：将爆炸焊接好的钢铝复合板进行退火处理，退火温度为460℃，保温3小时，随炉冷却。
（4）校平和裁边：将退火之后的爆炸焊接钢铝复合板进行校平处理，并进行裁边，去掉复合板四边未复合或开裂的部分。
（5）铆接组坯：将两张校平之后的爆炸焊接钢铝复合板进行四边铆接组坯，组坯方式为铝-钢+钢-铝，即钢层在内，铝层在外。
（6）温轧：将组好坯的一对爆炸焊接钢铝复合板放入加热炉中加热到460℃，保温5小时，然后进行温轧，道次压下率为16%，总共进行4道次，总加工率为50%。经过温轧后，组坯耐磨钢/铝合金复合板总厚度为8mm,单张复合板厚度为4mm。
（8）校平：拆开经过温轧的钢铝复合板板坯，然后对单张厚度为4mm的钢铝复合板进行校平。
（9）切定尺：对校平后的钢铝复合板切定尺，得到成品板材。

Claims (4)

1.一种层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）耐磨钢板和铝板待复合表面的处理：取经退火处理的耐磨钢板和铝板，用机械打磨的方法将耐磨钢板和铝板待复合表面进行打磨，之后将板材保存在干燥环境中，并在24小时之内使用；
（2）爆炸焊接：将处理好的耐磨钢板和铝板进行爆炸焊接；
（3）退火处理：将爆炸焊接好的钢铝复合板进行退火处理，退火温度为400～460℃，保温1～3小时，随炉冷却；
（4）校平和裁边：将退火之后的爆炸焊接钢铝复合板进行校平处理，并进行裁边，去掉复合板四边未复合或开裂的部分；
（5）铆接组坯：将两张校平之后的爆炸焊接钢铝复合板进行四边铆接组坯，组坯方式为铝-钢、钢-铝，即钢层在内，铝层在外；
（6）温轧：将组好坯的一对爆炸焊接钢铝复合板放入加热炉中加热到400～460℃，保温1～5小时，然后进行温轧，道次压下率为16%～20%，总共进行4道次，总加工率为50%～60%；
（8）校平：拆开经过温轧的钢铝复合板板坯，然后对单张的钢铝复合板进行校平；
（9）切定尺：对校平后的钢铝复合板切定尺，得到成品板材。
2.根据权利要求1所述的层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述耐磨钢板为锰系低合金耐磨钢板；铝板为表面包覆有纯铝的铝合金2024板，其表面包覆纯Al层厚度为0.25mm。
3.根据权利要求1所述的层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述耐磨钢板的厚度为1～2mm，铝板的厚度为4～8mm。
4.根据权利要求1所述的层状耐磨轻质钢铝复合板的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述爆炸焊接的工艺参数为：使用铵油混合炸药，其质量百分比组成为：70～90%的NH4NO3、5～15%的柴油、5～15%的锯末；炸药的爆速为2000～4000m/s；炸药高度为20～40mm；安装间隙为2～5mm，间隙支撑物为纯铝薄片制作，电雷管边部起爆；耐磨钢板为覆板在上，铝板为基板在下，放在地基上；在耐磨钢板上涂上1～2mm厚的黄油作为保护层。
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