CN110695089A - 一种具有良好板形的双金属复合板轧制方法 - Google Patents

一种具有良好板形的双金属复合板轧制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及合金材料的制备领域，一种具有良好板形的双金属复合板轧制方法；本发明为了解决现有方法制备复合板工艺复杂、复合板板形翘曲严重以及矫直过程中复合板开裂的问题，具体步骤为：一、选取合适的异种金属板，加工到需要的尺寸；二、对异种金属表面进行机械打磨、三、分别采用预拉伸和预轧制方式对待复合金属板施加预应力；三、对施加预应力的金属板组坯之后进行轧制复合，即得到板形良好的双金属复合板；本发明只在轧前对材料进行处理，降低了轧后处理对设备的要求，工艺较为简单，并且得到的复合板板形得到有效改善。

Description

一种具有良好板形的双金属复合板轧制方法
技术领域
本发明涉及合金材料的制备领域，具体涉及一种具有良好板形的双金属复合板轧制方法。
背景技术
双金属复合板可以发挥组元材料各自的优势，实现各组元材料资源的最优配置，节约贵重金属材料，实现单一金属不能满足的性能要求。双金属复合板因其优良的性能，在航空航天、压力容器制造、电建、石化、医药、轻工、汽车等行业具有广泛的应用前景。然而由于材料化学成分的不同，导致基板、覆板的物理性能和力学性能差异较大，在轧制过程中异种金属塑性变形程度不同，复合板将向伸长量小的材料一侧弯曲，造成复合板翘曲、套辊，严重影响复合板的生产效率和质量。
目前，常采用异步轧制和对称复合轧制解决板形问题。异步轧制主要是通过改变轧辊直径和轧辊转速来改变轧制状态，以轧辊线速度不对称为主要标志特征，影响异步轧制的工艺因素多、控制过程复杂，难以对工艺参数进行有效的优化与控制。对称复合轧制采用对称复合坯料组坯，但是对称复合轧制会受到用户订货、复合板尺寸构成的限制，难以制备厚板。除此之外，还可采用非对称轧制的方式抑制板形翘曲，即将翘曲方向置于下方，通过辊道来控制变形翘曲，同时选择良好的润滑方式和润滑条件，并控制上、下轧辊与复合坯料之间的摩擦条件，工艺较为复杂。因此，亟需开发一种简单易行的复合板轧制过程板形调控方法。
发明内容
本发明针对现有轧制复合法生产的双金属复合板板形翘曲的技术问题，提供一种具有良好板形的双金属复合板轧制方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种具有良好板形的双金属复合板轧制方法，包括以下步骤：
步骤一、选取材料：按照用途和金属属性，选取异种金属板；
步骤二、坯料处理：采用旋转钢丝刷法对金属板待结合面进行机械处理15-30s，打磨方向沿复合板轧制方向；随后置于丙酮溶液中超声波清洗5~10min后取出并干燥；
步骤三、预应力处理：将经步骤二得到的金属板，根据其金属特性进行预拉伸或者预压缩，拉伸和压缩方向为沿轧制方向和垂直轧制方向；应力类型施加原则为难变形金属施加拉应力，预拉伸变形量为1~5%，应变速率为0.5~1.5mm/min；易变形金属施加压应力，单道次压下率5-10%，压缩总变形量为10~30%，轧制速率为1~3m/s；
步骤四、复合板轧制：将经过预应力处理的金属板置于丙酮溶液中超声波清洗5~10min后取出并干燥，随后采用线材两端捆缚组坯，最后将坯料按照预先设置的轧制速度和压下进行轧制复合，轧制压下量为单道次35~55%，轧制速率为0.1~0.3m/s，得到板形良好的双金属复合板。
进一步的，金属板材料种类可以是铝及合金、铜及铜合金或钛及钛合金；金属板为市售产品，或自行制备；金属板初始尺寸设置需配合后续预应力施加引发的尺寸变化。
优选的，步骤三中拉伸应力通过沿轧向预拉伸施加，拉伸设备为20t级拉伸试验机，压缩应力通过预轧制方式施加，轧制设备为Φ250可逆二辊轧机。
优选的，步骤四中组坯所用线材为与待复合金属中较软金属同类型，线材直径为1-1.5mm，捆缚2~4周。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
由于双金属板塑性变形能力不匹配，导致二者在轧制过程中塑性延伸量存在明显差异，在轧制的过程中难变形金属受拉应力，易变形金属受压应力，复合板最终弯向受拉的金属板，导致复合板瓢曲。本发明通过拉伸和轧制的方法对双金属板进行轧前预处理，使得金属板具有一个预加的同向应力，来提高难变形金属塑性变形能力和降低易变形金属的变形能力；此外，通过预轧制方式对易变形金属施加较大变形量的冷态塑性变形，引入加工硬化效果，提高易变形金属的变形抗力，改善双金属变形的匹配性，进而改善复合板板形，从而降低了轧后矫直处理对矫直机的要求，也解决了矫直过程中复合板局部开裂的现象，提高了复合板的成材率，降低了原材料的消耗，节约了成本，为生产高品质的复合板提供良好基础。
附图说明
图1为实施例1步骤二中施加预应力前后Cu板和Al板的残余应力值。
图2为实施例1步骤二预轧制前后Al板拉伸应力应变曲线。
图3为实施例2步骤四所得产品与常规工艺所得Cu/Al复合板对比图。
图4为实施例2步骤四所得产品与常规工艺所得Ti/Al复合板对比图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
具有良好板形的铜/铝复合板的制备方法如下：
步骤一、选取材料：
选用含铝量为99.6%的1060工业纯铝和含铜量为99.69%的工业纯铜T2作为复合板的材料，两种材料均为市售。将两种金属板加工到一定的尺寸，铝板的长宽厚为80x20x3.75（单位为mm），铜板的尺寸为100x20x1.5（单位为mm）。
步骤二、坯料处理: 采用旋转钢丝刷法对金属板待结合面进行机械处理15s，钢丝刷直径为0.15mm，打磨方向沿复合板轧制方向；随后置于丙酮溶液中超声波清洗5min后取出并干燥。
步骤三、预应力处理：将经步骤二得到的铜板在拉伸试验机上以0.5mm/min的速度进行预拉伸，拉伸总变形量为3%，使铜板具有平行于轧制方向的拉应力；将得到的铝板进行多道次平轧，单道次压下量为5%，总压下量为20%，轧制速度为1.5m/s，最终得到3mm厚的铝板，使得铝板具有垂直于轧制方向的压应力且获得较高的变形抗力。
步骤四、复合板冷轧：将施加预应力的金属板置于丙酮溶液中超声波清洗5min后取出并干燥，随后采用线材两端端捆缚组坯，最后将坯料按照预先设置的轧制速度和压下进行轧制复合，轧制压下量为单道次40%，轧制速率为0.1m/s，得到板形良好的铜/铝复合板。
步骤四中组坯所用线材为1060纯铝线材，线材直径为1mm，捆缚2周。
如图1所示为施加预应力前后Cu板和Al板的残余应力值，可以看到经过拉伸处理后，Cu板较原始状态的拉应力提高60%，而铝板则由初始的零应力状态转变为压应力状态；图2所示为预轧制前后Al板拉伸应力应变曲线，可以看到与初始状态相比，经过4道次轧制后铝板的屈服强度提高40%，延伸率降低20%，这意味着Al板与铜板之间的变形抗力差值得到降低，变形匹配性提升。图3中可以看出，经过预应力处理后，铜/铝复合板的板形质量得到显著改善。
实施例2：
具有良好板形的钛/铝复合板的制备方法如下：
步骤一、选取材料：选用含铝量为99.6%的1060工业纯铝和含钛量为99.95%的工业纯钛TA1作为复合板的材料，两种材料均为市售。将两种金属板加工到一定的尺寸，铝板的长宽厚为70x20x4.3（单位为mm），钛板的尺寸为100x20x1.5（单位为mm）。
步骤二、坯料处理: 采用旋转钢丝刷法对金属板待结合面进行机械处理30s，钢丝刷直径为0.15mm，打磨方向沿复合板轧制方向；随后置于丙酮溶液中超声波清洗10min后取出并干燥。
步骤三、预应力处理：将经步骤二得到的钛板在拉伸试验机上以0.5mm/min的速度进行预拉伸，拉伸总变形量为2%，使铜板具有平行于轧制方向的拉应力；将得到的铝板进行多道次平轧，单道次压下量为5%，总压下量为30%，轧制速度为2m/s，最终得到3mm厚的铝板，使得铝板具有垂直于轧制方向的压应力。
步骤四、复合板冷轧：
将施加预应力的金属板置于丙酮溶液中超声波清洗10min后取出并干燥，随后采用线材两端端捆缚组坯，最后将坯料按照预先设置的轧制速度和压下进行轧制复合，轧制压下量为单道次50%，轧制速率为0.3m/s，得到板形良好的双金属复合板。
步骤四中组坯所用线材为1060纯铝线材，线材直径为1mm，捆缚4周。
如图4中可以看到，经过预应力处理后，实施例2的钛/铝复合板的板形质量得到显著改善。

Claims (4)

1.一种具有良好板形的双金属复合板轧制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、选取材料：按照用途和金属属性，选取异种金属板；
步骤二、坯料处理：采用旋转钢丝刷法对金属板待结合面进行机械处理15-30s，打磨方向沿复合板轧制方向；随后置于丙酮溶液中超声波清洗5~10min后取出并干燥；
步骤三、预应力处理：将经步骤二得到的金属板，根据其金属特性进行预拉伸或者预压缩，拉伸和压缩方向为沿轧制方向和垂直轧制方向；应力类型施加原则为难变形金属施加拉应力，预拉伸变形量为1~5%，应变速率为0.5~1.5mm/min；易变形金属施加压应力，单道次压下率5-10%，压缩总变形量为10~30%，轧制速率为1~3m/s；
步骤四、复合板轧制：将经过预应力处理的金属板置于丙酮溶液中超声波清洗5~10min后取出并干燥，随后采用线材两端捆缚组坯，最后将坯料按照预先设置的轧制速度和压下进行轧制复合，轧制压下量为单道次35~55%，轧制速率为0.1~0.3m/s，得到板形良好的双金属复合板。
2.根据权利要求1所述的一种具有良好板形的双金属复合板轧制方法，其特征在于，步骤一中，金属板材料种类可以是铝及合金、铜及铜合金或钛及钛合金；金属板为市售产品，或自行制备；金属板初始尺寸设置需配合后续预应力施加引发的尺寸变化。
3.根据权利要求1所述的一种具有良好板形的双金属复合板轧制方法，其特征在于，步骤三中拉伸应力通过沿轧向预拉伸施加，拉伸设备为20t级拉伸试验机，压缩应力通过预轧制方式施加，轧制设备为Φ250可逆二辊轧机。
4.根据权利要求1所述的一种具有良好板形的双金属复合板轧制方法，其特征在于，步骤四中组坯所用线材为与待复合金属中较软金属同类型，线材直径为1-1.5mm，捆缚2~4周。
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