CN108126982A - 一种脉冲电流异步轧制制备高性能复合带材的方法 - Google Patents

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Abstract

一种脉冲电流异步轧制制备高性能复合带材的方法，将带材A和带材B经过表面处理的表面进行堆叠，其中经过表面处理的面相对；在轧制入口，对A/B复合带材施加脉冲电流，使材料表面局部区域发生放电，使表层金属出现熔化；对脉冲电流处理后的A/B复合带材进行异步轧制，实现材料界面焊合，调节异速比范围，实现带材A和带材B均匀变形；重复2‑3次；对获得的A/B复合带材进行异步轧制，直到带材总压下率达到85％‑90％。利用该方法制备的复合金属材料，其界面结合质量相对于传统轧制方法制备的复合金属材料界面有大幅提高，是可用于防弹保护、航空航天、隔音降噪、汽车轻量化等领域的高性能复合金属带材。

Description

一种脉冲电流异步轧制制备高性能复合带材的方法
技术领域
本发明属于金属复合材料轧制技术领域，特别涉及一种脉冲电流异步轧制制备高性能复合带材的方法。
背景技术
高性能层状金属复合材料一直受到本领域国内外同行的高度关注，其在防弹保护、航空航天、隔音降噪、汽车轻量化等领域具有广阔应用前景。塑性变形过程中层状复合材料界面焊合情况决定产品的力学和腐蚀性能。
传统金属层状复合板一般采用爆炸法。然而，材料界面质量难以控制。与此同时，该工艺只适合于制备特厚复合板。随着人们对工件尺寸降低、性能提高、质量减轻的要求增加，急需开发出极薄复合层状材料。轧制复合是常用的方法，一般情况下有热轧复合法和冷轧复合法，对于这两种方法制备的金属复合板的界面结合质量相对难以控制，这样的产品仅能够满足低端市场，主要原因是这些产品的界面是机械焊合和冶金焊合的结合，其强度与完全冶金结合的情况依然存在较大差别。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种脉冲电流异步轧制制备高性能复合带材的方法，利用该方法制备的复合金属材料，其界面结合质量相对于传统轧制方法制备的复合金属材料界面有大幅提高，是可用于防弹保护、航空航天、隔音降噪、汽车轻量化等领域的高性能复合金属带材。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种脉冲电流异步轧制制备高性能复合带材的方法，包括如下步骤：
第一步：以带材A和带材B为原料，将其加工成完全相同的尺寸，其中带材A和带材B轧制前厚度范围均为1-5mm；
第二步：对带材A和带材B进行表面处理，清除表面氧化物；
第三步：将带材A和带材B经过表面处理的表面进行堆叠，其中经过表面处理的面相对；
第四步：在轧制入口，对A/B复合带材施加脉冲电流，使材料表面局部区域发生放电，使表层金属出现熔化；
第五步：对脉冲电流处理后的A/B复合带材进行异步轧制，实现材料界面焊合，道次压下率控制在20％-40％，根据带材A和带材B原始材料性能，调节异速比范围，异速比控制在1.0-1.3之间，实现带材A和带材B均匀变形；
第六步：重复第四步、第五步2-3次；
第七步：对第六步获得的A/B复合带材进行异步轧制，直到带材总压下率达到85％-90％。
所述带材A和带材B为不锈钢、普碳钢、钛、铜、铝或者镁中的一种，材料相同或者不相同。
所述脉冲电流参数根据A/B复合带材的厚度和材质进行调节，厚度越厚，电流越大，厚度越薄，电流越小，脉冲电流功率调节范围为10-150KVA。
本发明的主要原理为在脉冲电流处理过程中，当复合材料界面存在较小的缝隙时，界面处会发生放电行为，实现金属温度迅速增加并且界面局部区域出现金属熔化，在随后的轧制大塑性变形过程中，利用金属塑性变形流动原理实现界面的快速焊合。与此同时，在轧制前采用脉冲电流处理金属材料能够大幅度提高该金属材料的力学性能，因而，采用脉冲电流处理复合金属材料，同样能够大幅提升其机械性能。
该方法适用于不锈钢、普碳钢、钛、铜、铝、镁等带材的组合，比如铜/铝复合板、不锈钢/钛、铝/镁复合带材。
附图说明
图1是本发明复合金属带材脉冲电流异步轧制制备流程图。
图2是采用脉冲电流作用后普碳钢与普碳钢界面的情况，局部区域实现冶金结合。
图3时脉冲电流作用后，施加50％的压下率，普碳钢界面实现完全冶金结合。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
实施例1：铜铝复合带材制备，参考图1。
第一步：以带材A1和带材B2为原料，带材A1为铜带材，带材B2为铝带材。轧制前带材A1和带材B2的厚度分别为2mm。将带材A1和带材B2加工成完全相同的尺寸1m(长)×0.2m(宽)。
第二步：对带材A1和带材B2采用钢丝刷进行表面处理，清除表面氧化物。
第三步：将带材A1和带材B2经过表面处理的表面进行堆叠，其中经过表面处理的面相对，得到A/B复合带材3。
第四步：在轧制入口，利用脉冲电流装置4对A/B复合带材3施加脉冲电流，使材料表面局部区域发生放电，使表层金属出现熔化。轧制过程中，脉冲电流功率为90KVA。
第五步：利用异步轧机上工作辊5和异步轧机下工作辊6，对脉冲电流处理后的A/B复合带材3进行异步轧制，实现材料界面焊合，道次压下率控制在25％，异速比控制在1.2。
第六步：重复第四步、第五步2-3次，得到脉冲电流异步轧制制备的A/B复合板7。
第七步：利用异步轧机上工作辊8和异步轧机下工作辊9，对脉冲电流异步轧制制备的A/B复合板继续进行异步轧制，直到带材最终厚度被降低到0.4mm，得到最终产品，即铜铝复合带材。轧制结束后，铜铝复合带材界面实现冶金结合，实现复合带材综合性能的提高。
实施例2：钛铝复合带材制备，参考图1。
第一步：以带材A1和带材B2为原料，带材A1为钛带材，带材B2为铝带材。轧制前带材A1和带材B2的厚度分别为1.5mm。将带材A1和带材B2加工成完全相同的尺寸0.5m(长)×0.1m(宽)。
第二步：对带材A1和带材B2采用钢丝刷进行表面处理，清除表面氧化物。
第三步：将带材A1和带材B2经过表面处理的表面进行堆叠，其中经过表面处理的面相对，得到A/B复合带材3。
第四步：在轧制入口，利用脉冲电流装置4对A/B复合带材3施加脉冲电流，使材料表面局部区域发生放电，使表层金属出现熔化。脉冲电流功率设定为为120KVA。
第五步：利用异步轧机上工作辊5和异步轧机下工作辊6，对脉冲电流处理后的A/B复合带材3进行异步轧制，实现材料界面焊合，道次压下率控制在30％，异速比控制在1.25。
第六步：重复第四步、第五步2-3次，得到脉冲电流异步轧制制备的A/B复合板7。
第七步：利用异步轧机上工作辊8和异步轧机下工作辊9，对脉冲电流异步轧制制备的A/B复合板继续进行异步轧制，直到带材最终厚度被降低到0.25mm，得到最终产品，即钛铝复合带材。轧制结束后，钛铝复合带材界面实现冶金结合。实现复合带材综合性能的提高。
实施例3：普碳钢与普碳钢脉冲电流塑性变形界面焊接
为了验证上述方法，采用热力模拟试验机进行了实验，以普碳钢为原料，带材厚度为4mm和4mm，采用脉冲电流功率大小为90KVA，压下率为50％。复合材料界面实现完全冶金焊合，没有任何残留孔洞。如图2为脉冲电流作用下，界面部分区域焊合。图3所示脉冲电流作用后，施加50％压下率后界面实现完全冶金结合。

Claims (4)

1.一种脉冲电流异步轧制制备高性能复合带材的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：以带材A和带材B为原料，将其加工成完全相同的尺寸，其中带材A和带材B轧制前厚度范围均为1-5mm；
第二步：对带材A和带材B进行表面处理，清除表面氧化物；
第三步：将带材A和带材B经过表面处理的表面进行堆叠，其中经过表面处理的面相对；
第四步：在轧制入口，对A/B复合带材施加脉冲电流，使材料表面局部区域发生放电，使表层金属出现熔化；
第五步：对脉冲电流处理后的A/B复合带材进行异步轧制，实现材料界面焊合，道次压下率控制在20％-40％，根据带材A和带材B原始材料性能，调节异速比范围，异速比控制在1.0-1.3之间，实现带材A和带材B均匀变形；
第六步：重复第四步、第五步2-3次；
第七步：对第六步获得的A/B复合带材进行异步轧制，直到带材总压下率达到85％-90％。
2.根据权利要求1所述脉冲电流异步轧制制备高性能复合带材的方法，其特征在于，所述带材A和带材B为不锈钢、普碳钢、钛、铜、铝或者镁中的一种，材料相同或者不相同。
3.根据权利要求1所述脉冲电流异步轧制制备高性能复合带材的方法，其特征在于，所述脉冲电流参数根据A/B复合带材的厚度和材质进行调节，厚度越厚，电流越大，厚度越薄，电流越小。
4.根据权利要求3所述脉冲电流异步轧制制备高性能复合带材的方法，其特征在于，所述脉冲电流功率调节范围为10-150KVA。
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