CN109675926A - 一种对称衬板轧制制备镁/铝/钛合金复合板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对称衬板轧制制备镁/铝/钛复合板的方法,由于钛合金强度明显优于镁合金和铝合金,轧制复合时朝变形小的钛合金一侧弯曲,严重时甚至无法复合。为此,本发明将两组镁/铝/钛合金板材按照镁/铝/钛/钛/铝/镁的次序叠放后,用上、下两块硬质合金衬板加持,两层钛合金板间涂覆高温隔离剂,将叠放的两组合金板材和衬板一起加热后轧制复合,制得两组镁/铝/钛复合板。将两组镁/铝/钛合金板材对称轧制可有效防止复合板弯曲,一次轧制出两块复合板,采用衬板轧制可增大轧制压下量,且无需将多层合金板材连接便可咬入,故该方法具有工艺简单、复合效率高,复合板界面质量好、强度高等优点,该方法也适用于其它金属复合板轧制复合。
Description
技术领域
本发明涉及一种对称衬板轧制制备镁/铝/钛合金复合板的方法,属于金属复合板制备领域。
背景技术
金属复合板是利用各种复合技术,将性能不同的金属在界面上实现冶金结合而形成的复合材料。通过选择合适的材料、合理的结构设计以及复合方法,金属复合板能够极大地改善单一金属材料的热膨胀性、强度、韧性、耐磨损性、耐腐蚀性、电性能、磁性能等诸多性能,同时满足结构材料的结构与功能特性要求,节省贵金属的使用,显著降低各种装备材料的成本,因而被广泛应用于石油、化工、船舶、冶金、电力、水利、交通、环保、食品、制药等工业领域。
在各种金属材料中,钛合金具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特征,镁合金又具有质量轻、减振性能和电磁屏蔽性能好等优点,因此,将镁合金和钛合金复合可以获得优良的结构性能与功能特性,大幅度降低材料成本。镁/钛复合板制备常用的方法主要有爆炸复合法、轧制复合法等。爆炸复合是利用炸药作能源,在炸药的高速引爆和冲击作用下将不同金属大面积焊接在一起。爆炸复合可以生产多种金属的复合板,但爆炸产生的振动、噪声和烟尘污染会对环境造成影响,且生产效率较低。轧制复合是一定温度下,利用轧机的轧制力将待复合的金属进行轧制,进而形成冶金结合,轧制复合法产品质量稳定性好,生产效率高,工艺简单,易于实现工业化批量生产。然而,由于镁和钛之间不会形成金属间化合物,室温下镁、钛相互固溶的固溶度均比较小,这将会影响两者原子间的扩散,不利于复合。此外,钛合金的锻造温度一般为750℃~900℃,而大多数镁合金的锻造温度为290℃~415℃,两者的锻造温度范围相差较大,在相同温度下轧制时,钛合金变形抗力明显大于镁合金和铝合金,这将导致轧制时超钛合金板侧弯曲,严重时甚至无法复合。
发明内容
本发明的目的在于针对强度差异很大的镁/铝/钛合金板材在轧制复合时,复合板朝变形抗力大的钛合金板材一侧弯曲问题,提供一种能够有效防止复合板弯曲,复合界面质量好、强度高,且工艺简单、生产效率高的镁/铝/钛复合板轧制方法。
为实现上述目的,本发明技术方案如下:
一种对称衬板轧制制备镁/铝/钛复合板的方法,取两组镁/铝/钛合金,每一组包含镁合金、铝合金和钛合金板材各一块,将两组镁/铝/钛合金对称叠放后采用衬板轧制复合,具体步骤如下:
1)备料,以一块镁合金板材、一块铝合金板材、一块钛合金板材为一组,取两组镁/铝/钛合金板材,同类合金板材的尺寸相同,钛合金板材长度大于铝合金板材和镁合金板材的长度,以确保轧制后三种合金的长度基本相同;
2)待复合面清理,将两组镁/铝/钛合金板材的待复合面用钢丝刷打磨粗糙至粗糙度均匀,用酒精清洗打磨面后吹干;待复合面指钛合金板材和镁合金板材朝向铝合金板材的一面,以及铝合金板材的两面;
3)按次序叠放后衬板夹持,将两组镁/铝/钛合金板材按照镁合金板、铝合金板、钛合金板、钛合金板、铝合金板、镁合金板的次序叠放,所有合金板材的一端对齐,两层钛合金之间涂覆高温隔离剂,两组镁/铝/钛合金板材的上方和下方分别用两块硬质合金衬板加持;
4)衬板轧制复合,将叠放并加持后的两组镁/铝/钛合金板材和上下的硬质合金衬板一起加热后轧制复合;加热温度为300~400℃,保温10~20分钟,轧制前轧辊预热温度为100℃,轧制时从合金板材叠放对齐的一端开始咬入,轧制总压下量为50~60%;
5)校直切边,轧制复合后的复合板和上下衬板一起在液压机上校直,撤去上、下衬板后切除复合板变形不规则的前后端头,获得两组镁/铝/钛复合板;
6)均质退火,将镁/铝/钛复合板均质退火改善性能;退火温度为200~350℃,保温时间为30~120分钟,冷却方式为自然冷却。
合金板材的长度则主要依据板材在当前轧制温度下的塑性变形能力确定,不易变形的钛合金板材长度大于铝合金板材和镁合金板材的长度,确保轧制后三种合金的长度应基本相同;假设镁合金、铝合金和钛合金在相同温度(350℃)下轧制时总压下率为δ,其中镁合金、铝合金和钛合金各自的压下率分别为δ1、δ2和δ2,则δ=δ1+δ2+δ2,取镁合金板材初始长度为L1,则轧制后镁合金长度为:L′1=L1/δ1,则铝合金初始长度为:L2=δ2·L1/δ1、钛合金初始长度为为:L3=δ3·L1/δ1。
步骤3)中硬质合金板材的厚度为1mm,宽度尺寸大于合金板材的宽度,长度尺寸大于轧制后复合板的长度,上、下衬板的两端分别用铁丝捆扎或其它方式连接在一起。
步骤4)中可单道次或多道次轧制。
上述方法也适用于其它金属复合板的轧制。
本发明的有益效果:
1.本发明所采用的镁/铝/钛复合板轧制方法以铝合金为中间层,充分利用钛/铝、铝/镁合金间具有良好的复合能力,轧制复合易于实现;
2.根据镁合金、铝合金和钛合金板材的强度和塑性指标以及轧制压下量等参数,选择不同的板材长度尺寸,有利于提高材料利用率,降低生产成本;
3.将两组镁/铝/钛合金按照镁/铝/钛/钛/铝/镁的次序叠放后轧制,可有效防止复合板轧制后弯曲,在一次轧制中复合出两组镁/铝/钛复合板,轧制复合效率高;
4.采用衬板轧制时可增大压下量,且无需将多层合金板铆接或其它方式连接便可咬入,具有工艺简单、复合板界面质量好、强度高等优点。
附图说明
图1为对称衬板轧制镁/铝/钛复合板的工艺流程图;
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明,本发明包括但不仅限于下述实施例。
实施例1:MM31镁合金+3003铝合金+TC4钛合金复合板轧制。
TC4钛合金的屈服强度远大于3003铝合金和MM31镁合金屈服强度,轧制时TC4变形很小,当轧制压下量为50%时,可取厚度为5mm的MM31镁合金合金板材、厚度为1mm的3003铝合金板材各两块,长宽尺寸均为55mm×45mm的,取厚度为1mm的TC4合金板材2块,长宽尺寸为100×45;
将MM31镁合金和3003铝合金板材的上下两面、TC4钛合金板材的一面用钢丝刷打磨粗糙至粗糙度均匀,用酒精清洗打磨面后吹干;
按照镁/铝/钛/钛/铝/镁的次序叠放金板材,两层钛合金之间涂覆高温隔离剂,合金板材的一端对齐后,用两块厚度为1mm,长宽为150×50mm的硬质合金衬板上下加持,两层硬质合金板材两端分别用铁丝捆扎;
将衬板与合金板材一起加热至300℃,保温15分钟后在轧辊直径为150mm的轧机上轧制复合;
将衬板与轧制后的复合板在50吨液压机上校直,切除复合板变形不规则的前后端头,获得两组镁/铝/钛复合板;
将镁/铝/钛复合板加热至200℃退火,保温时间为100分钟,冷却方式为自然冷却。
实施例2:AZ31镁合金+6061铝合金+TC4钛合金复合板轧制。
TC4钛合金的屈服强度远大于6061铝合金和AZ31镁合金屈服强度,轧制时TC4变形很小,当轧制压下量为50%时,可取厚度为5mm的AZ31镁合金合金板材、厚度为1mm的6061铝合金板材各两块,长宽尺寸均为55mm×45mm的,取厚度为1mm的TC4合金板材2块,长宽尺寸为100×45;
将AZ31镁合金和6061铝合金的上下两面、TC4钛合金的一面用钢丝刷打磨粗糙至粗糙度均匀,用酒精清洗打磨面后吹干;
按照镁/铝/钛/钛/铝/镁的次序叠放金板材,两层钛合金之间涂覆高温隔离剂,合金板材的一端对齐后,用两块厚度为1mm,尺寸规格为150×50mm的硬质合金衬板上下加持,两层硬质合金板材两端分别用铁丝捆扎;
将衬板与合金板材一起加热至350℃,保温15分钟后在轧辊直径为150mm的轧机上轧制复合;
将衬板与轧制后的复合板在50吨液压机上校直,切除复合板变形不规则的前后端头,获得两组镁/铝/钛复合板;
镁/铝/钛复合板加热至250℃退火,保温时间为100分钟,冷却方式为自然冷却。
实施例3:AZ91镁合金+7075铝合金+TC4钛合金复合板轧制。
TC4钛合金的屈服强度大于7075铝合金和AZ91镁合金屈服强度,轧制时TC4变形很小,当轧制压下量为50%时,可取厚度为5mm的AZ91镁合金合金板材、厚度为1mm的7075铝合金板材各两块,长宽尺寸均为55mm×45mm的,取厚度为1mm的TC4合金板材2块,长宽尺寸为100×45;
将AZ91镁合金和7075铝合金的上下两面、TC4钛合金的一面用钢丝刷打磨粗糙至粗糙度均匀,用酒精清洗打磨面后吹干;
按照镁/铝/钛/钛/铝/镁的次序叠放金板材,两层钛合金之间涂覆高温隔离剂,合金板材的一端对齐后,用两块厚度为1mm,尺寸规格为150×50mm的硬质合金衬板上下加持,两层硬质合金板材两端分别用铁丝捆扎;
将衬板与合金板材一起加热至350℃,保温15分钟后在轧辊直径为150mm的轧机上轧制复合;
将衬板与轧制后的复合板在50吨液压机上校直,获得复合板;
将衬板与轧制后的复合板在50吨液压机上校直,切除变形不规则的复合板前后端头,获得两组镁/铝/钛复合板;
镁/铝/钛复合板加热至250℃退火,保温时间为100分钟,冷却方式为自然冷却。
实施例1、2和3所制备的镁/铝/钛复合板均无明显弯曲,观察界面结合良好,对实施例2所制备的镁/铝/钛复合板进行拉-剪实验测试界面结合强度,其中镁/铝界面结合强度为105Mpa,钛/铝界面结合强度为118MPa。
Claims (5)
1.一种对称衬板轧制制备镁/铝/钛合金复合板的方法,该方法具体步骤如下:
1)备料,以一块镁合金板材、一块铝合金板材、一块钛合金板材为一组,取两组镁/铝/钛合金板材,同类合金板材的尺寸相同,钛合金板材长度大于铝合金板材和镁合金板材的长度,以确保轧制后三种合金的长度基本相同;
2)待复合面清理,将两组镁/铝/钛合金板材的待复合面用钢丝刷打磨粗糙至粗糙度均匀,用酒精清洗打磨面后吹干;待复合面指钛合金板材和镁合金板材朝向铝合金板材的一面,以及铝合金板材的两面;
3)按次序叠放后衬板夹持,将两组镁/铝/钛合金板材按照镁合金板、铝合金板、钛合金板、钛合金板、铝合金板、镁合金板的次序叠放,所有合金板材的一端对齐,两层钛合金之间涂覆高温隔离剂,两组镁/铝/钛合金板材的上方和下方分别用两块硬质合金衬板加持;
4)衬板轧制复合,将叠放并加持后的两组镁/铝/钛合金板材和上下的硬质合金衬板一起加热后轧制复合;加热温度为300~400℃,保温10~20分钟,轧制前轧辊预热温度为100℃,轧制时从合金板材叠放对齐的一端开始咬入,轧制总压下量为50~60%;
5)校直切边,轧制复合后的复合板和上下衬板一起在液压机上校直,撤去上、下衬板后切除复合板变形不规则的前后端头,获得两组镁/铝/钛复合板;
6)均质退火,将镁/铝/钛复合板均质退火改善性能;退火温度为200~350℃,保温时间为30~120分钟,冷却方式为自然冷却。
2.根据权利要求1所述的对称衬板轧制制备镁/铝/钛合金复合板的方法,其特征在于,步骤1)中钛合金板材长度、铝合金板材和镁合金板材的长度依据板材在当前轧制温度下的塑性变形能力确定,假设镁合金、铝合金和钛合金在相同温度下轧制时总压下率为δ,其中镁合金、铝合金和钛合金各自的压下率分别为δ1、δ2和δ2,则δ=δ1+δ2+δ2,取镁合金板材初始长度为L1,则轧制后镁合金板材长度为:L′1=L1/δ1,则铝合金板材初始长度为:L2=δ2·L1/δ1、钛合金板材初始长度为:L3=δ3·L1/δ1。
3.根据权利要求1所述的对称衬板轧制制备镁/铝/钛合金复合板的方法,其特征在于,步骤3)中硬质合金板材的厚度为1mm,宽度尺寸大于合金板材的宽度,长度尺寸大于轧制后复合板的长度,上、下衬板的两端分别用铁丝捆扎或其它方式连接在一起。
4.根据权利要求1所述的对称衬板轧制制备镁/铝/钛合金复合板的方法,其特征在于,步骤4)中可单道次或多道次轧制。
5.根据权利要求1所述的一种对称衬板轧制制备镁/铝/钛合金复合板的方法适用于其它的金属复合板的轧制。
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PB01 | Publication | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190426 |
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