CN106984794A - 异种双金属复合板的共挤压制备设备及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种异种双金属复合板的共挤压制备设备及工作方法，其中异种双金属复合板的共挤压制备设备，其特征在于：包括共挤压模架、设在共挤压模架下部的挤压下模具和设在共挤压模架上部的非等通道挤压上模具，所述非等通道挤压上模具体内设有用于挤入第一种金属流体的第一通道，所述非等通道挤压上模具与挤压下模具之间形成用于挤入第二种金属流体的第二通道和挤出双金属复合板料的第三通道。本发明异种双金属复合板的共挤压制备设备及工作方法设计合理，有利于解决了现有技术中双金属结合界面氧化、制备工艺安全性低、复合板材尺寸精度难以控制、生产成本高和效率低等问题和缺陷。

Description

异种双金属复合板的共挤压制备设备及使用方法
技术领域：
本发明涉及一种异种双金属复合板的共挤压制备设备及工作方法，特别是涉及异种难复合的金属材料。
背景技术：
随着航空航天、航海化工和核能装备等工业技术的发展，对材料综合性能的要求日益增高，单一组元的材料难以满足各种复杂环境下的技术要求。而异种双金属复合板结合了各自单一基体金属的材料性能优点，大大提升了材料的综合性能。研究和制备异种双金属复合板成为材料科学与工程领域重要发展方向之一。
现有的双金属复合板制备工艺主要有：轧制复合法、爆炸复合法和铸造复合法等。这些方法主要存在的问题和缺陷有：
1）轧制复合法由于两种金属复合过程中暴露在空气中，存在界面氧化问题，界面结合强度和性能难以得到保证；另外，对于热性能差异大的两种金属材料，只能在满足熔点较低金属热变形的条件下尽可能地提高轧制温度来提高熔点高的金属流动性能，使得这两种材料的轧制复合质量的提升受到一定的限制。
2）爆炸复合法存在污染环境、操作具有危险性等不足，而且爆炸残留物长期存在复合界面中，影响复合板材性能和质量的稳定性和可靠性。
3）铸轧复合法由于制备过程中复合板材的尺寸精度难以控制，往往还需轧制工序辅助，生产成本高、效率低等缺点。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种异种双金属复合板的共挤压制备设备及工作方法，该异种双金属复合板的共挤压制备设备及工作方法设计合理，有利于解决了现有技术中双金属结合界面氧化、制备工艺安全性低、复合板材尺寸精度难以控制、生产成本高和效率低等问题和缺陷。
本发明异种双金属复合板的共挤压制备设备，其特征在于：包括共挤压模架、设在共挤压模架下部的挤压下模具和设在共挤压模架上部的非等通道挤压上模具，所述非等通道挤压上模具体内设有用于挤入第一种金属流体的第一通道，所述非等通道挤压上模具与挤压下模具之间形成用于挤入第二种金属流体的第二通道和挤出双金属复合板料的第三通道。
进一步的，上述非等通道挤压上模具的下部且位于第一通道的两侧分别设有非等通道外转角镶块和非等通道内转角镶块。
进一步的，上述第三通道的出料口端设有挤出工作带可调镶块。
进一步的，上述第一通道包括第一段和第二段，第一段的截面积大于第二段的截面，所述第二段的截面大于第三通道的截面。
进一步的，上述非等通道外转角镶块的内侧为斜面，非等通道内转角镶块的外侧为圆弧形。
本发明异种双金属复合板的共挤压制备设备的工作方法，其特征在于：所述异种双金属复合板的共挤压制备设备包括共挤压模架、设在共挤压模架下部的挤压下模具和设在共挤压模架上部的非等通道挤压上模具，所述非等通道挤压上模具体内设有用于挤入第一种金属流体的第一通道，所述非等通道挤压上模具与挤压下模具之间形成用于挤入第二种金属流体的第二通道和挤出双金属复合板料的第三通道；工作时，预加热后的金属棒材料放入热挤压机设备料筒,沿着挤压方向, 金属棒材料熔体（第一金属流体）流动经过非等通道挤压上模具，非等通道外转角镶块和非等通道内转角镶块实现剧烈塑性变形，金属棒材料熔体（第一金属流体）的晶粒，提高材料性能；与此同时，金属薄板材料（第二金属流体）沿着水平横向方向送入共挤压模架的第三通道型腔中，与上述金属棒材料熔体（第一金属流体）进行压力连接结合，非等通道挤压下模具和支撑板起到辅助材料流动和支撑的作用，挤出工作带可调镶块位于共挤压模架的末端，通过调节镶块工作带的长度，满足双金属共挤压复合板挤出速度的均匀性，并实现双金属复合板的变形协调控制。
本发明异种双金属共挤压制备工艺是集传统的热挤压与压力连接为一体，利用剧烈塑性变形的挤压力和温度场进行两种金属的复合，并在合适的热处理作用下界面结合的一种材料加工新技术。它具有以下几个优点：
1）封闭式挤压，使成形的金属与空气隔离，可以防止金属坯料的氧化层挤入复合模，从而有效地保证两种材料结合面清洁，保证其连接熔合质量；
2）避开了异种金属热差异性带来的成形困扰，挤压力可直接转换为连接结合压力；
3）模具结构简单，成形板材精度高，可控性强；
4）节能降耗，生产过程连续化和短流程化。
本发明的用途：航空航天、航海化工、核能设备和汽车工业等要求满足多功能复合材料特性的结构件。如飞机蒙皮，外表面可用钛合金板材满足极端的环境下材料要求，内层材料可用高强铝合金满足轻量化和降低成本的要求。再如,汽车覆盖件外皮可用高强度钢板,内结构件可用镁铝合金等满足轻量化和节能减排的要求。
附图说明：
图1是本发明的剖面构造图。
具体实施方式：
本发明异种双金属复合板的共挤压制备设备包括共挤压模架4、设在共挤压模架4下部的挤压下模具6和设在共挤压模架上部的非等通道挤压上模具3，所述非等通道挤压上模具3体内设有用于挤入第一种金属流体1的第一通道A，所述非等通道挤压上模具3与挤压下模具6之间形成用于挤入第二种金属流体2的第二通道B和挤出双金属复合板料的第三通道C。
进一步的，上述非等通道挤压上模具的下部且位于第一通道的两侧分别设有非等通道外转角镶块5和非等通道内转角镶块8，上述非等通道外转角镶块的内侧为斜面，非等通道内转角镶块的外侧为圆弧形，非等通道外转角镶块5的设计，主要用于控制金属棒材料(第一种金属流体1)转角时的材料流动，以及与金属薄板材料(第二种金属流体2)结合初始位置和状态；非等通道内转角镶块8的设计，主要用于控制金属棒材料(第一种金属流体1)转角时金属流动行为。
金属棒材料(第一种金属流体1)沿着重力方向挤压，材料热熔点相对金属薄板材料(第二种金属流体2)较低，热挤压过程中发生非等通道转角剧烈塑性变形；
金属薄板材料(第二种金属流体2)沿着水平横向方向送料，材料热熔点相对金属棒材料(第一种金属流体1)较高，挤压过程中不发生明显的塑性变形。
非等通道挤压上模具3主要用于控制金属棒材料(第一种金属流体1)挤压比并起到材料分流的作用。
共挤压模架4主要用于连接所有的模具结构件，使得整体结构在一个装置中。
挤压下模具6主要起到支撑金属薄板材料(第二种金属流体2)，上表面要求具有良好的表面质量辅助挤压过程中材料流动；
进一步的，上述第三通道的出料口端设有挤出工作带可调镶块10，挤出工作带可调镶块9，主要用于调节制备过程中挤出速度的均匀性，控制挤出的双金属复合板10的尺寸精度等。
在挤压下模具6下方设有支撑板7，主要用于连接和支撑挤压下模具6。
进一步的，上述第一通道包括第一段和第二段，第一段的截面积大于第二段的截面，所述第二段的截面大于第三通道的截面。
挤出的双金属复合板10，还需进行热处理工艺提高界面结合强度和复合板材的硬度。
本发明异种双金属复合板的共挤压制备设备的工作方法所述异种双金属复合板的共挤压制备设备包括共挤压模架、设在共挤压模架下部的挤压下模具和设在共挤压模架上部的非等通道挤压上模具，所述非等通道挤压上模具体内设有用于挤入第一种金属流体的第一通道，所述非等通道挤压上模具与挤压下模具之间形成用于挤入第二种金属流体的第二通道和挤出双金属复合板料的第三通道；工作时，预加热后的金属棒材料放入热挤压机设备料筒,沿着挤压方向, 金属棒材料熔体（第一金属流体）流动经过非等通道挤压上模具，非等通道外转角镶块和非等通道内转角镶块实现剧烈塑性变形，金属棒材料熔体（第一金属流体）的晶粒，提高材料性能；与此同时，金属薄板材料（第二金属流体）沿着水平横向方向送入共挤压模架的第三通道型腔中，与上述金属棒材料熔体（第一金属流体）进行压力连接结合，非等通道挤压下模具和支撑板起到辅助材料流动和支撑的作用，挤出工作带可调镶块位于共挤压模架的末端，通过调节镶块工作带的长度，满足双金属共挤压复合板挤出速度的均匀性，并实现双金属复合板的变形协调控制。
本发明异种双金属共挤压制备工艺是集传统的热挤压与压力连接为一体，利用剧烈塑性变形的挤压力和温度场进行两种金属的复合，并在合适的热处理作用下界面结合的一种材料加工新技术。它具有以下几个优点：
1）封闭式挤压，使成形的金属与空气隔离，可以防止金属坯料的氧化层挤入复合模，从而有效地保证两种材料结合面清洁，保证其连接熔合质量；
2）避开了异种金属热差异性带来的成形困扰，挤压力可直接转换为连接结合压力；
3）模具结构简单，成形板材精度高，可控性强；
4）节能降耗，生产过程连续化和短流程化。
本发明的用途：航空航天、航海化工、核能设备和汽车工业等要求满足多功能复合材料特性的结构件。如飞机蒙皮，外表面可用钛合金板材满足极端的环境下材料要求，内层材料可用高强铝合金满足轻量化和降低成本的要求。再如,汽车覆盖件外皮可用高强度钢板,内结构件可用镁铝合金等满足轻量化和节能减排的要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种异种双金属复合板的共挤压制备设备，其特征在于：包括共挤压模架、设在共挤压模架下部的挤压下模具和设在共挤压模架上部的非等通道挤压上模具，所述非等通道挤压上模具体内设有用于挤入第一种金属流体的第一通道，所述非等通道挤压上模具与挤压下模具之间形成用于挤入第二种金属流体的第二通道和挤出双金属复合板料的第三通道。
2.根据权利要求1所述的异种双金属复合板的共挤压制备设备，其特征在于：所述非等通道挤压上模具的下部且位于第一通道的两侧分别设有非等通道外转角镶块和非等通道内转角镶块。
3.根据权利要求1所述的异种双金属复合板的共挤压制备设备，其特征在于：所述第三通道的出料口端设有挤出工作带可调镶块。
4.根据权利要求1所述的异种双金属复合板的共挤压制备设备，其特征在于：所述第一通道包括第一段和第二段，第一段的截面积大于第二段的截面，所述第二段的截面大于第三通道的截面。
5.根据权利要求1所述的异种双金属复合板的共挤压制备设备，其特征在于：所述非等通道外转角镶块的内侧为斜面，非等通道内转角镶块的外侧为圆弧形。
6.一种异种双金属复合板的共挤压制备设备的工作方法，其特征在于：所述异种双金属复合板的共挤压制备设备包括共挤压模架、设在共挤压模架下部的挤压下模具和设在共挤压模架上部的非等通道挤压上模具，所述非等通道挤压上模具体内设有用于挤入第一种金属流体的第一通道，所述非等通道挤压上模具与挤压下模具之间形成用于挤入第二种金属流体的第二通道和挤出双金属复合板料的第三通道；工作时，预加热后的金属棒材料放入热挤压机设备料筒,沿着挤压方向, 金属棒材料熔体（第一金属流体）流动经过非等通道挤压上模具，非等通道外转角镶块和非等通道内转角镶块实现剧烈塑性变形，金属棒材料熔体（第一金属流体）的晶粒，提高材料性能；与此同时，金属薄板材料（第二金属流体）沿着水平横向方向送入共挤压模架的第三通道型腔中，与上述金属棒材料熔体（第一金属流体）进行压力连接结合，非等通道挤压下模具和支撑板起到辅助材料流动和支撑的作用，挤出工作带可调镶块位于共挤压模架的末端，通过调节镶块工作带的长度，满足双金属共挤压复合板挤出速度的均匀性，并实现双金属复合板的变形协调控制。
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