CN110421000B - 一种双波纹辊交叉轧制制备金属复合板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属复合板轧制技术领域，具体是一种双波纹辊交叉轧制制备金属复合板的方法，旨在解决现有金属复合板轧制完成后容易形成翘曲、开裂、延伸率低的技术问题。采用如下技术方案：第一步，选取基板和覆板，制成金属复合板坯料；第二步，送入二辊轧机a进行第一道次粗轧，得到上下表面、结合面均为单向波纹的金属复合板a；第三步，送入二辊轧机b进行第二道次粗轧，得到上下表面、结合面均为交叉波纹的金属复合板b；第四步，送入二辊轧机c平轧，得到上下表面均为平面而结合面为交叉波纹的金属复合板c；第五步，热处理、矫直、切边、分段，制成金属复合板成品。

Description

一种双波纹辊交叉轧制制备金属复合板的方法

技术领域

本发明涉及金属复合板轧制技术领域，具体是一种双波纹辊交叉轧制制备金属复合板的方法。

背景技术

金属复合板是由两种或两种以上不同材料的金属板通过加压、加热等方法，使其结合界面达到冶金结合而制成的复合板。金属复合板可以充分发挥各组元金属的优良性能，节约贵重金属，实现单一材料所不能满足的性能要求，广泛应用于航空航天、机械电力、电子通讯等多个方面。目前，生产金属复合板的方法主要有爆炸复合法、扩散焊接复合法和轧制复合法。

爆炸复合法是利用炸药爆炸时产生的能量作为能源，使覆板金属碰向基板，在金属间产生瞬间高温和高压，在被焊接的金属间形成牢固结合的一种方法。该方法生产的金属复合板对尺寸要求有限制，很难满足用户的需求，同时该方法能量消耗大，成材率低，而且由于爆炸高能量的冲击作用，金属组织结构易受到影响，污染环境。

扩散焊接复合法设备复杂且价格昂贵，生产周期长，不利于实现大规模生产。

轧制复合法是在轧机强大压力作用下，使待复合金属表面的氧化层破碎，漏出新鲜金属并挤进对方基体中形成结合的一种方法。轧制复合法目前最为普及流行，其又可细分为好多种，其中，基于波纹轧辊制备金属复合板的轧制复合法是目前最为前沿的一种方法，该方法主要有两个变形阶段：第一阶段是采用上波纹辊、下平棍的轧机将板件轧成上表面带波纹的结构；第二个阶段是采用上下均为普通平辊的轧机将第一阶段形成的上表面为波纹的粗轧板轧平，得到表面平整，结合面为波纹的层合板。通过波纹轧辊的特殊形状，上下两层金属的待复合表面发生剧烈的剪切变形，增加界面“搓轧区”，促进表面氧化层破裂，暴露出大量的新鲜金属并挤进对方基体中形成冶金结合，并且将结合面形状由传统的二维提升到三维，有利于改善板形质量。这种方法确实解决了由于翘曲而无法连续生产的问题，但是也存在以下问题：1）第一道次波纹轧后波峰位置结合效果差；2）轧平过程中结合面容易发生开裂、延伸率低等。

发明内容

本发明旨在解决现有金属复合板轧制完成后容易形成翘曲、开裂、结合强度差、延伸率低的技术问题。为此，本发明提出一种双波纹辊交叉轧制制备金属复合板的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种双波纹辊交叉轧制制备金属复合板的方法，包括以下步骤：

S1、选取一块金属板作为基板，选取两块相同的金属板作为覆板，将基板置于中间，将两块覆板分别置于基板的上下两侧，制成金属复合板坯料；

S2、将得到的金属复合板坯料送入二辊轧机a进行第一道次粗轧，本步骤的二辊轧机a采用两个波纹方向相同的波纹辊a，本步骤加工得到上下表面、结合面均为单向波纹的金属复合板a；

S3、将得到的金属复合板a送入二辊轧机b进行第二道次粗轧，本步骤的板材轧制方向与S2相同，本步骤的二辊轧机b采用两个波纹方向相同的波纹辊b，且本步骤采用的波纹辊b的波纹方向与波纹辊a的波纹方向垂直，本步骤加工得到上下表面、结合面均为交叉波纹的金属复合板b；

S4、将得到的金属复合板b送入二辊轧机c进行精轧，本步骤的板材轧制方向与S3相同，本步骤的二辊轧机c采用两个平辊，本步骤加工得到上下表面均为平面而结合面为交叉波纹的金属复合板c；

S5、将得到的金属复合板c热处理、矫直、切边、分段，制成金属复合板成品。

本发明的有益效果是：

1）本发明通过相互垂直的波纹轧辊对金属板进行两道次轧制，然后再进行精整平轧，可以解决异种金属变形抗力不同引起金属塑性变形的差异；通过相互垂直的波纹面进行两道次轧制，可以在粗轧第一道次覆层表面凸起处的部分区域形成凹下状，增大了基板和覆板的接触面积，解决了板材严重翘曲、结合强度低的问题；增加了金属间的结合面积，提高了复合板延伸率，得到一种变形均匀、残余应力小、结合强度高、延伸率大的金属复合板。

2）利用基板波纹和覆板波纹之间的波纹啮合力增大了基板和覆板之间的结合力，增大了基板和覆板的接触面积，增加了三层金属板的结合强度，避免了轧制过程中基板和覆板的开裂现象，增大了复合率，提高了成材率。

附图说明

图1是本发明的步骤S1的加工流程图；

图2是本发明的步骤S2-S4的加工流程图；

图3是实施例一经过第一道次粗轧后所得实物的照片；

图4是实施例一经过第二道次粗轧后所得实物的正面照片；

图5是实施例一经过第二道次粗轧后所得实物的侧面照片；

图6是实施例一经过平轧后所得实物的正面照片；

图7是实施例一经过平轧后所得实物的侧面照片；

图8是实施例二经过第一道次粗轧后所得实物的照片；

图9是实施例二经过第二道次粗轧后所得实物的正面照片；

图10是实施例二经过平轧后所得实物的正面照片；

图11是对比例一经过第一道次粗轧后所得实物的照片；

图12是对比例一经过第二道次粗轧后所得实物的正面照片；

图13是对比例一经过第二道次粗轧后所得实物的侧面照片；

图14是实施例一与对比例一所得板材侧面对比照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的轧制方法进行详细的阐述。

实施例一：

S1、如图1所示，选取一块尺寸为100mm×20mm×1.5mm的T2紫铜板作为基板1，选取两块尺寸为100mm×20mm×2.5mm的1060纯铝板作为覆板2，将上述基板1和覆板2的待结合表面用钢丝刷打磨机进行打磨处理，直至表面漏出新鲜金属，然后用酒精对打磨过的金属表面进行清洗，最后按照“上覆板铝-基板铜-下覆板铝”的顺序进行叠放，对叠放好的坯料的头部和尾部进行铁丝绑定，制成金属复合板坯料3；

S2、参照图2，将得到的金属复合板坯料3送入二辊轧机a进行第一道次粗轧，本步骤的二辊轧机a采用两个波纹方向相同的波纹辊a，压下率为50%，轧制速度为0.15m/s，第一道次粗轧所得板材如图3所示，本步骤加工得到上下表面、结合面均为单向波纹的金属复合板a4；

S3、将得到的金属复合板a4送入二辊轧机b进行第二道次粗轧，本步骤的二辊轧机b采用两个波纹方向相同的波纹辊b，且本步骤采用的波纹辊b的波纹方向与波纹辊a的波纹方向垂直，轧制速度为0.15m/s，第二道次粗轧所得板材如图4和图5所示，本步骤加工得到上下表面、结合面均为交叉波纹的金属复合板b5；

S4、将得到的金属复合板b5送入二辊轧机c进行精轧，本步骤的二辊轧机c采用两个平辊，压下率为50%，轧制速度为0.15m/s，本道次平轧所得板材如图6和图7所示，本步骤加工得到上下表面均为平面而结合面为交叉波纹的金属复合板c6，板材最终厚度为1.625mm；

S5、将得到的金属复合板c6热处理、矫直、切边、分段，制成金属复合板成品。

上述实施例中，步骤S2和S4采用的压下率皆为50%，在其他实施例中，也可为10%或20%或30%或40%，满足范围10%~50%，具体选取多大，根据板材的不同情况而定，这是本领域人员容易设计的。

上述实施例中，步骤S2-S4采用的轧制速度皆为0.15m/s，在其他实施例中，也可为0.01或1或2或3或4或5 m/s，满足范围0.01~5，具体选取多大，根据板材的不同情况而定，这是本领域人员容易设计的。

优选的，波纹辊a和波纹辊b的波形一致，这样轧制出的复合板垂直方向被压受力一致，更能保证复合板的性能。

进一步的，在步骤S2中，如果进行热轧，先将金属复合板坯料3送入加热炉中进行加热，再进行第一道次粗轧；如果进行冷轧，先将金属复合板送入酸洗设备酸洗，再进行第一道次粗轧。在步骤S3中，如果进行热轧，先将金属复合板a4送入加热炉中进行加热，再进行第二道次粗轧；如果进行冷轧，直接进行第二道次粗轧。在步骤S4中，如果进行热轧，先将金属复合板b5送入加热炉中进行加热，再进行平轧；如果进行冷轧，直接进行平轧。

进一步的，在步骤S1中，选取基板1和覆板2后，打磨并清洗基板1和两层覆板2的待结合面，直至将金属基体完全露出，有利于不同层金属板的结合。

优选的，所述波纹辊a和波纹辊b的波形为圆弧形、椭圆形、正弦形、三角形中的一种。

进一步的，在步骤S2和S3中，波纹辊a和波纹辊b的波纹深度相等，皆为h；在步骤S2、S3和S4中，波纹辊a、波纹辊b和平辊的轧辊宽度相等，皆为W，波纹厚度h与金属复合板坯料3的厚度H满足0＜h/H＜0.5；轧辊宽度W与金属复合板坯料3的宽度w满足w＜W。

进一步的，将二辊轧机a的波纹辊a更换成波纹辊b形成二辊轧机b，将二辊轧机b的波纹辊b更换成平辊形成二辊轧机c。只设置一个二辊轧机，进行S2、S3、S4时，分别将轧辊更换为波纹辊a、波纹辊b及平辊即可，节省设备成本。

实施例二：

S1、选取一块尺寸为100mm×20mm×2.5mm的1060纯铝板作为基板1，选取两块尺寸为100mm×20mm×1.5mm的T2紫铜板作为覆板2，将上述基板1和覆板2的待结合表面用钢丝刷打磨机进行打磨处理，直至表面漏出新鲜金属，然后用酒精对打磨过的金属表面进行清洗，最后按照“上覆板铜-基板铝-下覆板铜”的顺序进行叠放，对叠放好的坯料的头部和尾部进行铁丝绑定，制成金属复合板坯料3；

S2、将得到的金属复合板坯料3送入二辊轧机a进行第一道次粗轧，本步骤的二辊轧机a采用两个波纹方向相同的纵向波纹辊a，压下率为50%，轧制速度为0.15m/s，第一道次粗轧所得板材如图8所示，本步骤加工得到上下表面、结合面均为单向纵向波纹的金属复合板a4；

S3、将得到的金属复合板a4送入二辊轧机b进行第二道次粗轧，本步骤的二辊轧机b采用两个波纹方向相同的横向波纹辊b，且本步骤采用的波纹辊b的波纹方向与波纹辊a的波纹方向垂直，轧制速度为0.15m/s，第二道次粗轧所得板材如图9所示，本步骤加工得到上下表面、结合面均为交叉波纹的金属复合板b5；

S4、与实施例一的步骤S4相同，本道次所得板材如图10所示，本步骤加工得到上下表面均为平面而结合面为交叉波纹的金属复合板c6，板材最终厚度为1.375mm；

S5、与实施例一的步骤S5相同；

对比例一：

S1、与实施例一的步骤S1相同；

S2、将得到的金属复合板坯料3送入二辊轧机c进行第一道次粗轧，本步骤的二辊轧机c采用两个平辊，压下率为50%，轧制速度为0.15m/s，第一道次粗轧所得板材如图11所示；

S3、将步骤S2得到的板材送入二辊轧机c进行第二道次粗轧，本步骤的二辊轧机c采用两个平辊，压下率为50%，轧制速度为0.15m/s，第二道次粗轧所得板材如图12和图13所示，板材最终厚度为1.625mm；

S4、将S3得到的金属复合板热处理、矫直、切边、分段，制成金属复合板成品。

对比例二：

S1、与实施例二的步骤S1相同；

S2、将得到的金属复合板坯料3送入二辊轧机c进行第一道次粗轧，本步骤的二辊轧机c采用两个平辊，压下率为50%，轧制速度为0.15m/s；

S3、将步骤S2得到的板材送入二辊轧机c进行第二道次粗轧，本步骤的二辊轧机c采用两个平辊，压下率为50%，轧制速度为0.15m/s，板材最终厚度为1.375mm；

S4、将S3得到的金属复合板热处理、矫直、切边、分段，制成金属复合板成品。

性能测试结果如下表所示：

测试项	实施例一	实施例二	对比例一	对比例二
					咬入情况	成功	成功	成功	成功
结合情况	结合	结合	结合	结合
					翘曲情况	平直无翘曲	平直无翘曲	头部轻微翘曲，尾部翘曲严重	平直无翘曲
断裂延伸率	27.91%	15%	15.15%	7.5%
					断裂方式	韧性断裂	韧性断裂	脆性断裂	脆性断裂
三点弯曲界面开裂情况	无开裂	无开裂	开裂	开裂

上表中，实施例一和实施例二是本发明的两种相互独立的实施例，对比例一和对比例二分别是实施例一和实施例二的对照实验，从表中数据分析得出：相比于普通平辊轧制，本发明提到的一种双波纹辊交叉轧制制备金属复合板的方法所制备的复合板在平直度、板形、抗弯强度、断裂延伸率方面都有提升，如图14所示。而且，本发明轧制方法制备的金属复合板的断裂方式为韧性断裂，相对于普通平辊轧制复合板的脆性断裂来说，能提高材料的使用寿命。

以上具体结构和尺寸数据是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种双波纹辊交叉轧制制备金属复合板的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选取一块T2紫铜板作为基板（1），选取两块相同的1060纯铝板作为覆板（2），将基板（1）置于中间，将两块覆板（2）分别置于基板（1）的上下两侧，制成金属复合板坯料（3）；

S2、将得到的金属复合板坯料（3）送入二辊轧机a进行第一道次粗轧，本步骤的二辊轧机a采用两个波纹方向相同的波纹辊a，本步骤加工得到上下表面、结合面均为单向波纹的金属复合板a（4）；其中，压下率为50%，轧制速度为0.15m/s；

S3、将得到的金属复合板a（4）送入二辊轧机b进行第二道次粗轧，本步骤的板材轧制方向与S2相同，本步骤的二辊轧机b采用两个波纹方向相同的波纹辊b，且本步骤采用的波纹辊b的波纹方向与波纹辊a的波纹方向垂直，本步骤加工得到上下表面、结合面均为交叉波纹的金属复合板b（5）；其中，轧制速度为0.15m/s；

S4、将得到的金属复合板b（5）送入二辊轧机c进行精轧，本步骤的板材轧制方向与S3相同，本步骤的二辊轧机c采用两个平辊，本步骤加工得到上下表面均为平面而结合面为交叉波纹的金属复合板c（6）；其中，压下率为50%，轧制速度为0.15m/s；

S5、将得到的金属复合板c（6）热处理、矫直、切边、分段，制成金属复合板成品。

2.根据权利要求1所述的一种双波纹辊交叉轧制制备金属复合板的方法，其特征在于：波纹辊a和波纹辊b的波形一致。

3.根据权利要求2所述的一种双波纹辊交叉轧制制备金属复合板的方法，其特征在于：在步骤S2中，如果进行热轧，先将金属复合板坯料（3）送入加热炉中进行加热，再进行第一道次粗轧；如果进行冷轧，先将金属复合板送入酸洗设备酸洗，再进行第一道次粗轧。

4.根据权利要求3所述的一种双波纹辊交叉轧制制备金属复合板的方法，其特征在于：在步骤S3中，如果进行热轧，先将金属复合板a（4）送入加热炉中进行加热，再进行第二道次粗轧；如果进行冷轧，直接进行第二道次粗轧。

5.根据权利要求1所述的一种双波纹辊交叉轧制制备金属复合板的方法，其特征在于：在步骤S1中，选取基板（1）和覆板（2）后，打磨并清洗基板（1）和两层覆板（2）的待结合面，直至将金属基体完全露出。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种双波纹辊交叉轧制制备金属复合板的方法，其特征在于：所述波纹辊a和波纹辊b的波形为圆弧形、椭圆形、正弦形、三角形中的一种。

7.根据权利要求6所述的一种双波纹辊交叉轧制制备金属复合板的方法，其特征在于：在步骤S2和S3中，波纹辊a和波纹辊b的波纹深度相等，皆为h；在步骤S2、S3和S4中，波纹辊a、波纹辊b和平辊的轧辊宽度相等，皆为W。

8.根据权利要求7所述的一种双波纹辊交叉轧制制备金属复合板的方法，其特征在于：波纹厚度h与金属复合板坯料（3）的厚度H满足0＜h/H＜0.5；轧辊宽度W与金属复合板坯料（3）的宽度w满足w＜W。

9.根据权利要求1所述的一种双波纹辊交叉轧制制备金属复合板的方法，其特征在于：将二辊轧机a的波纹辊a更换成波纹辊b形成二辊轧机b，将二辊轧机b的波纹辊b更换成平辊形成二辊轧机c。

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