CN108356075A - 一种将脉冲电流施加在金属复合板上的轧制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于双金属复合材料轧制技术领域，具体涉及一种在轧制过程中添加脉冲电流提高双金属复合板成形性能的方法。主要步骤为：覆层金属和基层金属轧前处理，在金属板材上接通脉冲电流，启动轧机进行轧制。本发明所涉及的双金属复合材料的轧制方法，是在轧制过程中对双金属施加脉冲电流，该脉冲电源的正负输出端与电刷相连，形成闭合回路。其有益效果为：提高了双金属板材的塑性，降低轧制力，抑制复合板边部开裂，促进了覆层和基层金属元素扩散，克服能量势垒，提高金属原子扩散效率，提高结合强度，提高了轧制生产效率。

Description

一种将脉冲电流施加在金属复合板上的轧制方法
技术领域
本发明属于双金属复合材料轧制技术领域，具体涉及一种在轧制过程中对金属板材施加脉冲电流提高金属复合板结合强度的方法。
背景技术
金属复合板是由两种或两种以上不同金属材料通过加压、加热等方法，使其结合界面达到冶金结合而制成的。双金属复合板具备各组元金属的优良性能，因此被广泛应用于理论研究和实验研究中。目前，生产金属复合板的方法快速发展起来，比如：轧制复合法、爆炸复合法、气相沉积法、热喷涂法、挤压-轧制复合法等，其中，应用最为广泛的有轧制复合法和爆炸复合法。爆炸复合法生产的金属复合板尺寸较小，很难满足用户的需求，同时该方法能量消耗大，污染环境，成材率低。轧制复合法能够较为容易地生产大尺寸金属复合板，操作简单，成本低，环境污染小，易于实现自动化生产。
近几年来，清华大学的唐国翌教授提出了电致塑性轧制技术。该技术是将电致塑性效应运用到金属板、带材生产中，通过对变形过程中的金属施加脉冲电流，利用脉冲电流的热效应与非热效应的耦合作用，达到降低变形抗力，提高金属塑性变形能力的目的。
脉冲电流的极性效应能提高金属板材的超塑性能。在轧制过程中对双金属板材通入脉冲电流，脉冲电流在金属板材中遇到裂纹或者双层金属接触面间的缝隙时，会发生绕流，金属内部裂纹或者缝隙尖端电流密度增加，在短时间内聚集了大量热，尖端迅速熔化成洞，尖端的钝化抑制了裂纹的扩展以及促进双层金属板间的冶金结合。同时脉冲电流可以促进原子扩散，进一步提高双层金属板间的冶金结合。
鉴于电致塑性轧制能降低材料的变形抗力，极性效应提高材料的超塑性能，脉冲电流还可以抑制裂纹的扩展和促进双层金属间的冶金结合，因此，如果将脉冲电流应用在双金属复合材料的轧制过程中，能降低轧制力，提高双金属复合板的塑性变形能力，使不同变形抗力的金属达到协调变形，抑制裂纹扩展，这样可以提高复合板结合强度和生产效率。
发明内容
为提高双金属材料的塑性，改善金属复合板表面质量和组织状态，增强结合强度，本发明提供一种脉冲电流辅助金属复合板轧制的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种将脉冲电流施加在金属复合板上的轧制方法，包括如下步骤：
两个电刷形成电刷组，并且轧机上电刷组的安装方式包括（a）、（b）、（c）和（d）中至少一种安装方式：
（a）电刷组内的两个电刷均安装于轧辊前，两个电刷的刷头分别与坯料的覆层金属和基层金属的表面接触配合；
（b）电刷组内的两个电刷均安装于轧辊后，两个电刷的刷头分别与金属复合板的覆层金属和基层金属的表面接触配合；
（c）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与坯料的覆层金属的表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与金属复合板的基层金属的表面接触配合；
（d）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与坯料的基层金属的表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与金属复合板的覆层金属的表面接触配合；
并且与覆层金属表面接触的电刷与脉冲电源的正极相连，与基层金属表面接触的电刷与脉冲电源的负极相连，且轧制时只有一组电刷组通电。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述脉冲电源的功率为10-50KW，电压幅值为10-320V，脉冲频率为1-3000Hz，脉冲宽度为20-4000μs。
作为本发明技术方案的进一步改进，所述覆层金属为合金钢、钛、铝、铜、锌、镁中的一种；基层金属为合金钢、钛、铝、铜、锌、镁中的一种。
本发明与传统轧制技术相比，存在以下优势：
1、通过在轧制过程中，对金属板材施加脉冲电流，可以降低金属板材变形抗力，使不同金属实现协同变形，降低轧制力和复合板临界压下率，提高双金属复合板的塑性变形能力，抑制裂纹扩展，提高复合板结合强度和生产效率。
2、本发明在轧制过程中对金属板材施加高能脉冲电流，该脉冲电流在两种金属之间会引起热效应，提高两种金属原子的扩散能力，克服能量势垒，利于实现晶粒细化，有利于回复和再结晶的进行，提高金属塑性，提高金属复合板的结合强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述轧制方法的状态图。
图中：1-上第一电刷，2-上轧辊，3-上第二电刷，4-覆层金属，5-基层金属，6-下第二电刷，7-下轧辊，8-下第一电刷，9-脉冲电源。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
一种将脉冲电流施加在金属复合板上的轧制方法，包括如下步骤：
两个电刷形成电刷组，并且轧机上电刷组的安装方式包括（a）、（b）、（c）和（d）中至少一种安装方式：
（a）电刷组内的两个电刷均安装于轧辊前，两个电刷的刷头分别与坯料的覆层金属4和基层金属5的表面接触配合；
（b）电刷组内的两个电刷均安装于轧辊后，两个电刷的刷头分别与金属复合板的覆层金属4和基层金属5的表面接触配合；
（c）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与坯料的覆层金属4的表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与金属复合板的基层金属5的表面接触配合；
（d）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与坯料的基层金属5的表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与金属复合板的覆层金属4的表面接触配合；
并且与覆层金属4表面接触的电刷与脉冲电源9的正极相连，与基层金属5表面接触的电刷与脉冲电源9的负极相连，且轧制时只有一组电刷组通电。
在本发明中，轧机上电刷组的安装方式包括上述安装方式中的至少一种。如果采用两种以上的安装方式，各电刷组之间的电刷可共用。以图1为例，其包括上述四种安装方式，即上第一电刷1与下第一电刷8分别位于上轧辊2和下轧辊7的辊前，并且分别与脉冲电源9相连时，为本发明所述的（a）安装方式；上第二电刷3与下第二电刷6分别位于上轧辊2和下轧辊7的辊后，并且分别与脉冲电源9相连时，为本发明所述的（b）安装方式；上第一电刷1与下第二电刷6分别位于上轧辊2的辊前和下轧辊7的辊后，并且分别与脉冲电源9相连时，为本发明所述的（c）安装方式；下第一电刷8与上第二电刷3分别位于下轧辊7的辊前和上轧辊2的辊后，并且分别与脉冲电源9相连时，为本发明所述的（d）安装方式。在本发明中，金属板材在轧制前为坯料，坯料被轧制后为金属复合板。无论电刷为何种安装方式，脉冲电源9的电流均是从覆层金属4流入并从基层金属5流出。并且在轧制时仅仅只有一组电刷组与脉冲电源9相连。在轧制过程中，上轧辊2和下轧辊7进行转动且不会发生位移变化，工作的电刷组也不会发生位移变化，但坯料/金属复合板在上轧辊2和下轧辊7相对转动的带动下从辊前运行至辊后。
在本发明中，所述脉冲电源9的功率为10-50KW，电压幅值为10-320V，脉冲频率为1-3000Hz，脉冲宽度为20-4000μs。
所述覆层金属4为合金钢、钛、铝、铜、锌、镁中的一种；基层金属5为合金钢、钛、铝、铜、锌、镁中的一种。由于金属材料的导电能力不同，本发明将根据金属材料的不同，设置不同的脉冲电流参数，以达到不同变形抗力金属协同变形的目的，降低轧制力，提高双金属复合板的塑性变形能力，抑制裂纹扩展，提高复合板结合强度和生产效率。
实施例
下面以铜/铝双金属复合材料为例，其制备方法如下：
材料选用尺寸为200mm×50mm×2mm的工业纯铜板和尺寸为200mm×50mm×8mm的纯铝板，将纯铜板和纯铝板进行打磨、抛光，用丙酮清洗板材表面；
在等辊速等辊径双辊轧机上进行轧制（辊长350mm，辊径320mm，轧制速度0.1m/s）。
接通脉冲电源9，施加在金属板材加工段时脉冲峰值电流密度为150A/mm2。
启动轧机，使轧机上下两轧辊按一定的速度反向旋转，用推送板将板坯送入旋转的上轧辊2和下轧辊7中间。
图1所示为一种电流回路实施方式示意图，脉冲电源9的正极与上第一电刷1相连，电流通过上第一电刷1流向覆层金属4，然后从下第一电刷8中流出，最后流回脉冲电源9的负极，形成电流回路。
在轧制过程中，通过对金属板材施加脉冲电流，能够降低金属板材的变形抗力，提高双金属板材塑性变形能力，进而降低轧制力，脉冲电流施加在双金属复合板上还能抑制裂纹的扩展，改善板材表面形貌。脉冲电流的存在提高了金属原子扩散能力，帮助位错克服能垒，利于实现晶粒细化，有利于回复和再结晶等软化过程的进行，节约能源，提高生产效率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种将脉冲电流施加在金属复合板上的轧制方法，其特征在于，包括如下步骤：
两个电刷形成电刷组，并且轧机上电刷组的安装方式包括（a）、（b）、（c）和（d）中至少一种安装方式：
（a）电刷组内的两个电刷均安装于轧辊前，两个电刷的刷头分别与坯料的覆层金属（4）和基层金属（5）的表面接触配合；
（b）电刷组内的两个电刷均安装于轧辊后，两个电刷的刷头分别与金属复合板的覆层金属（4）和基层金属（5）的表面接触配合；
（c）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与坯料的覆层金属（4）的表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与金属复合板的基层金属（5）的表面接触配合；
（d）电刷组内的两个电刷分别安装于轧辊前和轧辊后，安装于轧辊前的电刷的刷头与坯料的基层金属（5）的表面接触配合，安装于轧辊后的电刷的刷头与金属复合板的覆层金属（4）的表面接触配合；
并且与覆层金属（4）表面接触的电刷与脉冲电源（9）的正极相连，与基层金属（5）表面接触的电刷与脉冲电源（9）的负极相连，且轧制时只有一组电刷组通电。
2.根据权利要求1所述的一种将脉冲电流施加在金属复合板上的轧制方法，其特征在于，所述脉冲电源（9）的功率为10-50KW，电压幅值为10-320V，脉冲频率为1-3000Hz，脉冲宽度为20-4000μs。
3.根据权利要求1或2所述的一种将脉冲电流施加在金属复合板上的轧制方法，其特征在于，所述覆层金属（4）为合金钢、钛、铝、铜、锌、镁中的一种；基层金属（5）为合金钢、钛、铝、铜、锌、镁中的一种。
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