CN110935727A - 一种激光加热异种金属复合材料的超塑性轧制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种基于高强激光扫描异种金属复合材料的超塑性轧制方法由以下步骤完成：S1)将熔点不同的异种金属材料呈横向的V型放在一起；S2)对金属材料进行表面处理，其中打磨处理后用有机溶剂进行表面处理；S3)传感器的信号接收，激光装置准备对呈横向V型的异种金属材料表面加热，使内表面先熔化；S4)激光加热；S5)用轧辊进行轧制，两种异种金属材料在传送带的作用下到达轧辊的前方，两种异种金属材料在上下轧辊的轧制下复合在一起，并且整体复合金属处于高温超塑性状态。本发明的主要有益效果是异种金属材料内部激光快速扫描加热外部轧制，使异种金属材料分层现象减小并且整体达到超塑性状态，形成具有超塑性状态的复合材料。

Description

一种激光加热异种金属复合材料的超塑性轧制方法
技术领域：
本发明涉及异种金属复合材料超塑性轧制的技术领域。更具体地说，涉及一种激光加热异种金属复合材料的超塑性轧制方法。
背景技术：
异种金属复合材料超塑性是一种大延伸率、小应力易成形的性质，它广泛应用于航天、汽车、车厢制造等方面。超塑性是指材料在一定的内部和外部条件下呈现出金属材料很高的延伸率的性质，本发明中，内部条件是激光加热过程，激光加热使异种金属的结合更加紧密，减小了异种金属之间界面的阻碍。外部条件是轧制机的轧制力，在较大轧制力的作用下原子间的距离减小，使得异种金属接触的更加紧密，并且轧制过程中轧辊与金属的接触面会因为摩擦力而产生高温。通过内外因素的结合，使异种金属复合材料实现了组织及相变的改变，开发材料塑性的潜力。
基于激光及轧制技术的成熟，与传统的激光和轧制技术相比，本发明使得轧制结果更加的多元化，因为以前的轧制技术是面向于一种板材的成形，而本发明是基于激光作用下的两种板材的轧制，并且通过激光的加热过程使异种金属减少界面的阻力，使其紧密的结合。可以应用于许多昂贵的金属材料与廉价异种金属的结合，大大减少成本，获得质量优异的复合超塑性材料。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是：要解决现有轧制异种金属结合困难、复合材料性能差的问题，而提供一种基于高强激光快速扫描异种金属复合材料超塑性轧制方法。
本发明解决其技术问题所采用的方案是一种基于高强激光扫描异种金属复合材料的超塑性轧制方法，由以下步骤完成：
S1)将两块尺寸相同的异种金属材料呈横向的V型放在一起，其中，熔点低的金属材料放在熔点高的金属材料的上面；
S2)对金属材料进行表面处理，其中打磨处理后用有机溶剂进行表面处理；
S3)两块金属材料在传送带传动下，沿着传送带的传送方向前进，当感应到传感器的到位信号时，激光装置准备对呈横向V型的异种金属材料叠加的内表面加热；
S4)在能量集中的激光高温辐射加热作用下，两种异种金属材料表面的温度达到再结晶温度T再＝(0.3-0.4)Tm，使两种异种金属材料在轧制前达到高温超塑性状态(不熔化)，激光的功率为3KW，扫描速率为1mm/s，光斑直径4mm；
S5)激光加热以后用轧辊进行轧制，两种异种金属材料在传送带的作用下到达轧辊的前方，两种异种金属材料在上下两个轧辊的轧制下复合在一起，并且整体复合金属处于高温超塑性状态，且温度大约为金属熔点的一半。
在一个实施例中，所述传感器为光敏传感器。
在一个实施例中，S2步骤中所述的表面处理方法包括，先用化学法清洗掉异种金属材料表面的油污及氧化物，然后再用机械处理法打磨使复合材料的接触面粗糙度增加。
在一个实施例中，S4步骤中所述的激光高温辐射加热，加热时需要在呈横向V型口内异种金属表面加热。
在一个实施例中，S5步骤中所述的轧制，激光加热以后需要对两种异种金属材料进行轧制，轧辊的间隙为6mm，挤压比为4/3，轧辊的工作直径为500mm，轧辊转速为300r/min，轧辊速率为3m/s。
本发明提出的主要有益效果是：本发明针对现有轧制异种金属结合困难、复合材料性能差的问题，提出一种基于高强激光快速扫描异种金属复合材料超塑性轧制方法，通过了激光和轧制两者一起内外因素的结合使金属复合材料处于高温超塑性状态。
可以在室温条件下难以结合在一起的异种金属可以实现两者的紧密结合，并且获得复合超塑性材料。复合金属的材料力学性能、减少应力、开发了材料的塑性潜力，使两个异种金属材料在激光和轧制的内外因素作用下处于复合材料超塑性状态。
通过激光的快速扫描，使异种金属材料接触面内部达到超塑性状态(不熔化)。异种金属材料在轧辊的压力作用下，解决异种金属材料分层、固-固轧制困难的问题。
在激光+轧制的作用下，异种金属材料内部激光快速扫描加热外部轧制，使异种金属材料分层现象减小并且整体达到超塑性状态，形成具有超塑性状态的复合材料。
使昂贵的金属材料与廉价的异种金属材料结合，大大减少成本，获得质量优异的复合超塑性材料。另一方面，解决异种金属材料轧制过程的分层现象，获得具有超塑性状态的复合材料。
附图说明：
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1揭示了本发明一实施例中，一种激光加热异种金属复合材料的超塑性轧制方法的流程图。
图2揭示了本发明一实施例中，一种激光加热异种金属复合材料的超塑性轧制方法的工作原理图。
其中，1-传送带，2-传感器，3-机械手臂，4-激光加热装置，5-熔点低的金属材料，6-轧辊，7-复合材料。
具体实施方式：
参考图1并结合图2：图1揭示了根据本发明一实施例中，一种激光加热异种金属复合材料的超塑性轧制方法的流程图。图2揭示了本发明一实施例中，一种激光加热异种金属复合材料的超塑性轧制方法的工作原理图。一种基于高强激光扫描异种金属复合材料的超塑性轧制方法，由以下步骤完成：
S1)将两块尺寸相同的异种金属材料呈横向的V型放在一起，其中，熔点低的金属材料5放在熔点高的金属材料的上面；
S2)对异种金属材料进行表面处理，其中打磨处理后用有机溶剂进行表面处理；
S3)两块异种金属材料在传送带1传动下，沿着传送带1的传送方向前进，当感应到传感器2的到位信号时，激光装置4在机械手3的驱动下到达预定位置，准备对呈横向V型的异种金属材料叠加的内表面加热；
S4)在能量集中的激光高温辐射加热作用下，两种异种金属材料表面的温度达到再结晶温度T再＝(0.3-0.4)Tm，使两种金属材料在轧制前达到高温超塑性状态(不熔化)，激光的功率为3KW，扫描速率为1mm/s，光斑直径4mm，可以理解的是，具体的参数，可以依据材料的性能进行各相激光参数设置；
S5)激光加热以后用轧辊进行轧制，两种异种金属材料在传送带的作用下到达轧辊的前方，两种异种金属材料在轧辊的轧制下复合在一起，并且整体复合金属处于高温超塑性状态，且温度大约为金属熔点的一半。
进一步地，传感器2为光敏传感器。
进一步地，S2步骤中所述的表面处理方法包括，先用化学法清洗掉金属材料表面的油污及氧化物，然后再用机械处理法打磨使复合材料的接触面粗糙度增加，使异种金属更容易复合在一起。
进一步地，S4步骤中所述的激光高温辐射加热，加热时需要在呈横向的V型口内的异种金属表面加热。
进一步地，S5步骤中所述的轧制，激光加热以后需要对两种异种金属材料进行轧制，轧辊的间隙为6mm，挤压比为4/3，轧辊的工作直径为500mm，轧辊转速为300r/min，轧辊速率为3m/s，此时，异种金属在轧辊较大的压力下复合在一起，并且整体复合金属处于高温超塑性状态(温度大约为金属熔点的一半)，此时复合材料的状态像饴糖一样，既不出现缩颈现象也不会断裂，复合材料内部应力较小。在这个温度下，复合材料的组织也会改变，出现了相变再结晶现象，复合材料的塑性潜力被开发出来。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (5)

1.一种基于高强激光扫描异种金属复合材料的超塑性轧制方法，其特征在于：所述超塑性轧制方法由以下步骤完成：
S1)将两块尺寸相同的异种金属材料呈横向的V型放在一起，其中，熔点低的金属材料放在熔点高的金属材料的上面；
S2)对金属材料进行表面处理，其中打磨处理后用有机溶剂进行表面处理；
S3)两块异种金属材料在传送带传动下，沿着传送带的传送方向前进，当感应到传感器的到位信号时，激光装置准备对呈横向V型的异种金属材料叠加的内表面加热；
S4)在能量集中的激光高温辐射加热作用下，两种异种金属材料表面的温度达到再结晶温度T再＝(0.3-0.4)Tm，使两种异种金属材料在轧制前达到高温超塑性状态(不熔化)，激光的功率为3KW，扫描速率为1mm/s，光斑直径4mm；
S5)激光加热以后用轧辊进行轧制，两种异种金属材料在传送带的传送作用下到达轧辊的前方，两种异种金属材料在上下两个轧辊的轧制下复合在一起，并且整体复合金属处于高温超塑性状态，且温度大约为金属熔点的一半。
2.根据权利要求1所述的超塑性轧制方法，其特征在于：所述传感器为光敏传感器。
3.根据权利要求1所述的超塑性轧制方法，其特征在于：S2步骤中所述的表面处理方法包括，先用化学法清洗掉金属材料表面的油污及氧化物，然后再用机械处理法打磨使复合材料的接触面粗糙度增加。
4.根据权利要求1所述的超塑性轧制方法，其特征在于：S4步骤中所述的激光高温辐射加热，加热时需要在呈横向V型口内异种金属的表面加热。
5.根据权利要求1所述的超塑性轧制方法，其特征在于：S5步骤中所述的轧制，激光加热以后需要对两种异种金属材料进行轧制，轧辊的间隙为6mm，挤压比为4/3，轧辊的工作直径为500mm，轧辊转速为300r/min，轧辊速率为3m/s。
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