CN111054748B - 一种脉冲电流辅助轧制难/易变形金属复合板的制备方法 - Google Patents

一种脉冲电流辅助轧制难/易变形金属复合板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脉冲电流辅助轧制难/易变形金属复合板的制备方法，该复合板包括难变形金属板、易变形金属板；对难变形金属板、易变形金属板分别进行大波纹、小波纹的脉冲电流辅助预轧制后，组坯放入安装有脉冲电源装置的轧机进行平辊轧制得到复合板。本发明公开的脉冲电流辅助轧制难/易变形金属的制备方法在进行轧制时，利用尖端放电效应和电致塑性效应，通过在金属板材微小间隙的放电，使得两种金属板材塑性提高、变形抗力减小并且残余应力得到消除，从而实现冶金结合。本制备方法的轧制温度低，界面脆性化合物少，显微组织得到明显改善，制备出的材料板形良好、复合强度高且界面结合性能好。

Description

一种脉冲电流辅助轧制难/易变形金属复合板的制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属复合板的制备方法，具体涉及到一种脉冲电流辅助轧制难/易变形金属复合板的制备方法。
背景技术
难变形金属化学成分复杂、合金元素含量高，具有抗氧化、耐腐蚀和抗疲劳等优点,但是其变形抗力大、塑性差且加工时硬化严重。易变形金属具有重量轻、易加工等优点，但是其加工工艺刚性差、材料去除量大。难/易变形金属复合板综合两者优点，具有优异的综合性能，在航空航天领域、汽车领域、轻工业等领域应用广泛。
目前，金属复合板的制备方法主有爆炸复合法、爆炸-轧制复合法、轧制复合法等。虽然其中爆炸复合法、爆炸-轧制复合法两种制备方法广泛应用于金属组合且其生产方式灵活，但是在具体加工制造时对技术要求高，难于进行精确控制，且受外界环境影响大、生产效率低。轧制复合法虽然可进行高效率连续生产，且其生产成本和造成的污染都比较低，可实现良好的冶金结合，但对于难变形金属，其变形抗力高、塑性低，难以产生塑性变形进而实现冶金结合。
发明内容
本发明的目的是提供一种脉冲电流辅助轧制难/易变形金属复合板的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，使制备出的复合材料界面脆性化合物少，显微组织得到明显改善，板形良好、复合强度高并且界面结合性能好。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种脉冲电流辅助轧制难/易变形金属复合板的制备方法，所述方法如下：
准备坯料：准备难变形和易变形金属板材，将二者分别加工至所需尺寸后将其表面清洗干净。
波纹辊预轧制：在能满足降低应力、提高塑性的脉冲电流参数条件下，对难变形金属进行大波纹辊的脉冲电流辅助预轧制，对易变形金属板进行小波纹辊的脉冲电流辅助预轧制，制备波长相等的难、易变形金属板坯料。
优选地，波纹辊预轧制步骤中脉冲电流参数设置范围是电流密度为0～400A/mm2，频率为0～1000Hz，占空比为0～100％,通过脉冲电流辅助拉伸力学性能实验，定量分析在参数范围内试样的延伸率和拉伸力，确定降低应力、提高塑性的所述电流密度、电流频率和电流占空比参数。
复合板制坯：将预轧制后得到的难、易变形金属板坯料做表面处理且清洗干净，然后使难变形金属板波峰处与易变形金属板的波谷处位置对齐后叠放得到坯材，并用铝丝捆绑。
优选地，所述两种波纹辊要分别将其上波纹辊波峰处与下波纹辊波谷处对齐后装配，难、易变形金属板先用打磨机去除表面的杂质及氧化物，再用丙酮和酒精反复擦洗表面后用热吹风吹干。
难变形金属板波峰处与易变形金属板的波谷处位置对齐叠放后，出现两种板材间的微小间隙。
复合板坯加热：在坯材的两端加入隔热垫片将难、易变形金属板材隔离，对难变形金属板进行通电加热。
优选地，对难变形金属板进行通电加热，加热温度要满足难变形金属的轧制温度。
复合板坯轧制：将加热完成后的复合板坯送入安装有惰性气体保护罩的平辊轧机进行脉冲电流辅助轧制，经过压延复合得到复合板。
优选地，惰性气体保护罩与惰性气体源连接，在轧制过程中保持通满惰性气体。
其中，波纹辊预轧制步骤和复合板坯轧制步骤中的轧制压下率和轧制速度根据不同材料的属性而设定。
本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种脉冲电流辅助轧制难/易变形金属复合板的制备方法，本发明的技术方案中在轧机的强大压力下，由于尖端放电效应和电致塑性效应，整个金属界面内变形抗力降低，塑性增强，难/易变形金属表面的氧化层破碎，被挤压出的新鲜金属在轧制力下实现冶金结合。利用本发明的方法制备出的复合材料界面脆性化合物少，显微组织得到明显改善，板形良好、复合强度高并且界面结合性能好，同时各项力学性能良好，满足标准及加工要求，且兼备两种金属的优点。本发明制备方法清洁、高效，对外界环境、设备要求较低，可靠性高，可规模化量产。本发明可解决难/易变形金属结合强度不高的问题，制备的新型复合材料可在多领域广泛应用。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明难/易变形金属复合板制备的流程图；
图2为本发明难/易变形金属复合板第一道次轧制的侧视图；
图3为本发明难/易变形金属复合板组坯的侧视图；
图4为本发明加入隔热垫片将难、易变形金属板材隔离的示意图；
图5为本发明难/易变形金属复合板第二道次轧制的侧视图。
其中，1为上波纹辊，2为下波纹辊，3为脉冲电源装置，4为Q235钢板，5为T2铜板，6为隔热垫片，7为上平辊，8为下平辊，9为惰性气体保护罩，10为惰性气体源。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-5所示，本发明提供一种脉冲电流辅助轧制难/易变形金属复合板的制备方法,具体实施方式如下：
选取坯料：选择100mm×30mm×15mm的Q 235钢板4、100mm×30mm×5mm的T2铜板5，用钢丝刷对Q235钢板4、T2铜板5的待结合面进行打磨“毛化”处理，清除待结合面上的油污和氧化膜，便于轧制过程中暴露出新鲜金属，再使用无水乙醇将打磨过的板材表面进行充分清洗。
确定脉冲电流参数：对Q235钢板4、T2铜板5试样分别进行脉冲电流辅助拉伸力学性能实验。将脉冲电源的两极固定至试样上下两侧，将脉冲电流参数设置范围为：电流密度0～400A/mm2，频率0～1000Hz，占空比0～100％。为了保证实验过程中的绝缘，在两端夹头与拉伸试验机的接触位置添加云母纸，通过定量分析在参数范围内试样的延伸率和拉伸力，确定降低应力、提高塑性的最优参数。
波纹辊预轧制：利用得到的最优参数，使用安装有大波纹辊的轧机对Q235钢板4进行大波纹辊的脉冲电流辅助预轧制，使用安装有小波纹辊的轧机对T2铜板5进行小波纹辊的脉冲电流辅助预轧制，如图2所示为本发明难/易变形金属复合板第一道次轧制的侧视图，所用轧机装置中1为上波纹辊，2为下波纹辊，3为脉冲电源装置，其中，轧制压下率都调整为20％，轧制速度为30r/min，在轧制过程中脉冲电源装置3通电，并且在对Q235钢板4进行脉冲电流辅助预轧制时上波纹辊1和下波纹辊2都使用大波纹辊，在对T2铜板5进行脉冲电流辅助预轧制时上波纹辊1和下波纹辊2都使用小波纹辊。
复合板制坯：对预轧制后的Q235钢板4和T2铜板5用打磨机去除表面的杂质及氧化物，再用丙酮和酒精反复擦洗表面，并用热吹风吹干，然后将Q235钢板4的波峰处与T2铜板5的波谷处位置对齐后叠放，并用铝丝捆绑，如图3所示为本实施例难/易变形金属复合板组坯的侧视图，其中，4为Q235钢板，5为T2铜板，经过制坯得到坯材，并且制坯后两种板材出现微小间隙。
复合板坯加热：在坯材的两端加入隔热垫片6将Q235钢板4、T2铜板5隔离，用通电加热装置对Q235钢板4进行加热，所述隔热垫片6的布置方式如图4所示，隔热垫片6将Q235钢板4和T2铜板5隔离，为了满足Q235钢板4的热轧条件，加热温度控制在920℃。
复合板坯轧制：图5为本发明难/易变形金属复合板第二道次轧制的侧视图，具体轧制时将加热完成后的复合板坯材送入安装有惰性气体保护罩9的平辊轧机进行脉冲电流辅助轧制，平辊轧机中7为上平辊，8为下平辊，9为惰性气体保护罩，10为惰性气体源，惰性气体保护罩9通过管道与惰性气体源10连接，脉冲电源3的正极与平辊轧机的上平辊7连接，负极与平辊轧机的下平辊8连接，并且压下率调整至60％，轧制速度为25r/min，在惰性气体氛围中经过压延复合得到复合板。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种脉冲电流辅助轧制难/易变形金属复合板的制备方法，其特征在于：所述方法如下：
准备坯料：准备难变形和易变形金属板材，将其分别加工至所需尺寸后将二者表面清洗干净；
波纹辊预轧制：在能满足降低应力、提高塑性的脉冲电流参数条件下，对难变形金属板进行大波纹辊的脉冲电流辅助预轧制，对易变形金属板进行小波纹辊的脉冲电流辅助预轧制，制备波长相等的难、易变形金属板坯料；
复合板制坯：将预轧制后得到的难、易变形金属板坯料做表面处理后将二者清洗干净，然后使难变形金属板波峰处与易变形金属板的波谷处位置对齐后叠放得到坯材，并用铝丝将将所述坯材捆绑；
复合板坯加热：设定加热温度，在坯材的两端加入隔热垫片将难、易变形金属板材隔离，对难变形金属板进行通电加热至设定的所述加热温度；
复合板坯轧制：将加热完成后的复合板坯送入安装有惰性气体保护罩的平辊轧机进行脉冲电流辅助轧制，经过压延复合得到复合板。
2.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助轧制难/易变形金属复合板的制备方法，其特征在于：波纹辊预轧制步骤中脉冲电流参数设置范围是电流密度为0～400A/mm2，频率为0～1000Hz，占空比为0～100％,通过脉冲电流辅助拉伸力学性能实验，定量分析在参数范围内试样的延伸率和拉伸力，确定降低应力、提高塑性的所述电流密度、电流频率和电流占空比参数。
3.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助轧制难/易变形金属复合板的制备方法，其特征在于：波纹辊预轧制步骤中所述两种波纹辊要分别将其上波纹辊波峰处与下波纹辊波谷处对齐后装配。
4.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助轧制难/易变形金属复合板的制备方法，其特征在于：波纹辊预轧制步骤和复合板坯轧制步骤中的轧制压下率和轧制速度根据轧制的材料属性而设定。
5.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助轧制难/易变形金属复合板的制备方法，其特征在于：复合板制坯步骤中难、易变形金属板先用打磨机去除表面的杂质及氧化物，再用丙酮和酒精反复擦洗表面后用热吹风吹干。
6.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助轧制难/易变形金属复合板的制备方法，其特征在于，复合板制坯步骤中难变形金属板波峰处与易变形金属板的波谷处位置对齐叠放后，出现两种板材间的间隙。
7.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助轧制难/易变形金属复合板的制备方法，其特征在于：复合板坯加热步骤中对难变形金属板进行通电加热，加热温度要满足难变形金属的轧制温度。
8.根据权利要求1所述的脉冲电流辅助轧制难/易变形金属复合板的制备方法，其特征在于：复合板坯轧制步骤中惰性气体保护罩与惰性气体源连接，在轧制过程中保持通满惰性气体。
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