CN108273847A - 一种电流辅助真空轧制制备金属复合板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电流辅助真空轧制制备金属复合板的方法,具体步骤包括:首先,将裁剪后的板材做去表面氧化层‑暴露表面新鲜金属‑去表面油污处理;然后,将依次叠放的板材进行封焊处理,并抽取复合板组坯间空气,保证板材接触面在脉冲电流作用时不被氧化;之后,将复合板组坯放入轧机,并将脉冲电流通过电接触装置输入到复合板组坯的待加工段,进行电塑性轧制复合,通过控制脉冲电流参数和轧制压下率进行多道次轧制,总压下率为58%~72%;轧制后根据板材各异,选择合适的均匀化退火温度处理复合板材30min‑3 h。本发明具有成本低、耗能低、板材结合强度高、特别适用于较低温度下轧制钛合金、镍钴高温合金、高强度钢等难变形材料制备复合板材。
Description
技术领域
本发明涉及一种电流辅助真空轧制制备金属复合板的方法,属于金属复合材料和机械制造综合技术领域。
背景技术
目前国内外金属复合板的生产方法主要有:爆炸复合法、扩散焊接法、真空轧制复合法等。爆炸复合法由于存在加工板材厚度受限,复合板缺陷较多,环境污染严重,自动化程度低,耗能高等缺点,致使其广泛使用受到严重限制;扩散焊接法虽然工艺简单,但是成形的复合板材强度一般不高;真空轧制复合法从普通热轧技术上发展而来,该复合法中复合板界面处于高真空,加热过程中界面几乎不被氧化,因此极大提高了界面结合性能。
真空轧制除需满足最低真空度及非氧化气氛设计的要求外,轧制时板材一般需要被加热到较高的温度并保温。如公开号为CN106180186A的中国发明专利,公开了一种轻质高强度钛镁钛真空轧制复合材料,此方法需将叠板维持在500~550℃预热一小时,然后放入轧机进行轧制。又如公开号为CN103495604A的中国发明专利,公开了一种锁扣式真空轧制金属复合板的方法,此方法首先将呈嵌合状态的覆板与基板组成复合板坯,再进行四周封焊处理,然后通过开孔抽出覆板与基板之间的空气,复合坯抽完真空后加热至950-1300℃进行轧制。此方法虽然很好的解决了复合板的复合强度,但是复合坯需要被加热到一千摄氏度左右的高温,加热耗时长,并且制备过程繁琐,生产成本和设备要求高。尤其对于诸如钛合金、镍钴高温合金、高强度钢等难变形材料甚至需加热到数千摄氏度高温,生产成本和设备要求高,故目前未能实现大面积应用。
针对现有技术劣势,本发明采取的真空轧制和电塑性轧制相结合的金属板轧制方法,克服了普通热轧复合温度较高,加工塑性较差,金属材料晶粒长大、表面容易氧化等缺点。
电塑性轧制是一种新型的材料加工技术,该技术是在材料塑形变形的过程中同时施加脉冲电流,除了利用电流的热效应外能同时利用其非热效应,使金属在较低的温度条件下获得较高的变形能力,从而大大降低其变形抗力,并且能够提高材料的力学性能与表面质量,且效率高,能耗低,适合规模化批量生产。在普通热轧中这一过程很难实现,而电塑性轧制能够充分发挥电流的电塑性作用,获得高结合强度的复合板材。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种真空电塑性轧制制备金属复合板的方法,其特征在于:采用板材预处理、封焊与板间抽真空、电塑性轧制复合、均匀化退火处理的方法。
本发明的另一个目的在于提供一种成本低、耗能低、板材结合强度高、特别适用于较低温度下轧制钛合金、镍钴高温合金、高强度钢等难变形材料制备复合板材的方法。
真空电塑性轧制制备金属复合板的方法,具体包括如下步骤:
选取厚度为0.2~8mm的金属板材进行裁剪,使板材宽度为50~1000mm,长度不小于100mm;
根据板材表面氧化层组成选择不同配比的硝酸、硫酸、盐酸、氢氟酸等的水溶液作为腐蚀剂清洗金属板材,然后进行机械打磨完全去除表面氧化层;
将去氧化层的金属板用砂纸打磨暴露表面新鲜金属,然后用酒精和丙酮溶液多次清洗去表面油污并置于通风处干燥备用;
将处理后的金属板对齐叠放组成复合板组坯,在复合板组坯四周焊接封焊板,使金属板之间的空间密封;
在封焊板正对复合板组坯接触面位置开孔,使金属板接触空间与外界连通,然后抽取板间空气,抽完真空后将开孔封堵;
然后,将复合板组坯放入接有脉冲电流的轧机,脉冲电流通过电接触装置输入到叠板的待加工段,进行电塑性轧制;
轧制时通过控制脉冲电流参数和轧制压下率进行多道次轧制,首道次压下率不小于15%,总压下率为58% ~ 72%;
轧制时脉冲电流参数为:脉冲电流密度100~1000A/mm2,频率500~3000 Hz,脉冲宽度30~100 μs;
轧制完成后根据板材各异,选择合适的均匀化退火温度处理复合板材30min-3h;
最后,将退火后的复合板进行裁边、精整和校平。
本发明和现有技术相比有以下优点:
电塑性轧制有效利用了电流的焦耳热效应和纯电塑效应,改善了金属材料内部微结构的形成,有利于改善韧塑性组织分布,从而大大降低了材料的变形抗力。相对于普通热轧复合,电塑性轧制不需要在加热炉进行加热和保温就可以在轧制过程中同时实现材料的加热,而获得高强韧塑性,且具有低耗能、高效率、低成本、复合材料界面结合强度高、特别适用于较低温度下轧制钛合金、镍钴高温合金、高强度钢等难变形材料制备复合板材。
附图说明
图1是根据本发明提出的一种复合板组坯示意图;
图2是电塑性轧制金属复合板组坯的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明,但并不意味着对本发明保护范围的限制。
参照图1,根据本发明提出的一种复合板组坯示意图,复合板组坯由基板1、上覆板2、下覆板3和封焊板4组成。上覆板与封焊板通过焊接缝7相连,下覆板与封焊板通过焊接缝8相连,保证基板与上覆板之间的接触面空间5和基板与下覆板之间的接触面空间6处于密封状态。在封焊板上与接触面空间正对的部位开有上真空孔9和下真空孔10,电塑性轧制前通过真空孔将板间空气抽完,抽真空后将两真空孔封堵。
参照图2,电塑性轧制金属复合板组坯的示意图,复合板组坯从左往右轧制时,脉冲电源11提供高能连续电脉冲,该脉冲电源的正负极分别连接两个电接触装置14、13,
其中一个电接触装置14位于上轧辊12前,另一个电接触装置用轧辊12代替。另外,电接触装置15与电接触装置14相对应且作用相同,所述电接触装置与轧机部分绝缘。 高能脉冲电流通过两个电接触装置输入到复合板组坯的加电区域段,施加于材料的脉冲电流参数为:脉冲电流密度100~1000A/mm2,频率500~3000 Hz,脉冲宽度30~100 μs。根据被加工金属材料材质的各异,及施加于复合板组坯的脉冲电流参数则不同,但其基本原则是:板材截面尺寸越小,脉冲电流频率则需越大;材料硬度越大,相应的脉冲宽度和电流密度幅值需提高;轧制变形率越大,脉冲宽度和电流密度幅值需相应增大。
实施例一
真空电塑性轧制制备钛铝钛金属复合板
具体包括如下步骤:
分别选取两块厚度为0.5mm的钛板和一块厚度微3mm铝板,进行裁剪,使板材宽度为100mm,长度500mm;
用1:3:10=氢氟酸:硝酸:热水的溶液清洗钛板,用10%硫酸水溶液清洗铝板,随后,进行机械打磨完全去除表面氧化层;
将去氧化层的钛板和铝板用砂纸打磨暴露表面新鲜金属,然后用酒精和丙酮溶液清洗去表面油污并置于通风处干燥备用;
将处理后的金属板按照钛/铝/钛顺序对齐叠放组成复合板组坯,在复合板坯四周用氩弧焊焊接封焊板,使复合板组坯之间的空间密封;
在封焊板正对钛/铝接触面位置开两个真空孔,然后抽取板间空气,抽完真空后将开孔封堵;
然后,将钛/铝/钛复合板组坯放入接有脉冲电流的轧机,脉冲电流通过电接触装置输入到叠板的待加工段,进行电塑性轧制;
轧制时通过控制脉冲电流参数和轧制压下率进行多道次轧制,首道次压下率为20%,总压下率为68%;
轧制时脉冲电流参数为:脉冲电流密度500A/mm2,频率600 Hz,脉冲宽度60μs;
轧制完成后在400℃下处理复合板材3h;
将退火后的钛铝钛复合板进行裁边、精整和校平。
实施例二
真空电塑性轧制制备镍钛金属复合板
具体包括如下步骤:
分别选取一块厚度为1.5mm的钛板和一块厚度微2mm镍板,进行裁剪,使板材宽度为50mm,长度300mm;
用1:3:10=氢氟酸:硝酸:热水的溶液清洗钛板,用15%盐酸水溶液清洗镍板,随后,进行机械打磨完全去除表面氧化层;
将去氧化层的钛板和镍板用砂纸打磨暴露表面新鲜金属,然后用酒精和丙酮溶液清洗去表面油污并置于通风处干燥备用;
将处理后的钛/镍金属板对齐叠放组成复合板组坯,在复合板坯四周用氩弧焊焊接封焊板,使复合板组坯之间的空间密封;
在封焊板正对钛/镍接触面位置开一个真空孔,然后抽取板间空气,抽完真空后将开孔封堵;
然后,将钛/镍复合板组坯放入接有脉冲电流的轧机,脉冲电流通过电接触装置输入到叠板的待加工段,进行电塑性轧制;
轧制时通过控制脉冲电流参数和轧制压下率进行多道次轧制,首道次压下率为18%,总压下率为60%;
轧制时脉冲电流参数为:脉冲电流密度600A/mm2,频率800 Hz,脉冲宽度80μs;
轧制完成后在350℃下处理复合板材2h;
将退火后的钛镍复合板进行裁边、精整和校平。
Claims (7)
1.一种电流辅助真空轧制制备金属复合板的方法,其特征在于:采用板材预处理、
封焊与板间抽真空、电流辅助轧制复合、均匀化退火处理的方法实现低温下制备高结合强度金属复合板。
2.根据权利要求书1所述的板材预处理,其特征是:首先,选取厚度为1~8mm的金属板材进行裁剪,使板材宽度为50~1000mm,长度不小于100mm;随后,将金属板按照化学腐蚀结合机械打磨去除表面氧化层-砂纸打磨暴露表面新鲜金属-酒精丙酮溶液多次清洗去表面油污的顺序进行板材表面处理。
3.根据权利要求书1所述的电流辅助轧制复合,其特征是:将复合板组坯放入接有脉冲电流的轧机,脉冲电流通过电接触装置输入到叠板的待加工段,进行电流辅助轧制复合。
4.根据权利要求书1所述的均匀化退火处理,其特征是:轧制后根据板材各异,选择合适的均匀化退火温度处理复合板材30min-3 h。
5.根据权利要求书2所述的化学腐蚀去除表面氧化层,其特征是:根据氧化层组成选择不同配比的硝酸、硫酸、盐酸、氢氟酸等的水溶液作为腐蚀剂。
6.根据权利要求书4所述的电塑性轧制,其特征是:通过控制脉冲电流参数和轧制压下率进行多道次轧制,首道次压下率不小于15%,总压下率为58% ~ 72%。
7.根据权利要求书7所述的脉冲电流参数,其特征是:脉冲电流密度100~1000A/mm2,频率500~3000 Hz,脉冲宽度30~100μs。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180713 |
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