CN112207135A - 一种冷轧复合双金属板平直控制的方法 - Google Patents

一种冷轧复合双金属板平直控制的方法 Download PDF

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魏立群
付斌
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Abstract

本发明公开了一种冷轧复合双金属板平直控制的方法，其特征在于，将不同材质的金属板，调整初始厚度比和轧机异速比，通过一台可逆冷轧机单道次压下率控制在30％～60％下一次成形且平直出轧辊。本发明制得的双金属复合板不仅能够实现有效机械复合，而且轧出的双金属复合板具有良好的平直度，同时还具备两种不同金属的优化机械和物理性能，从而有效拓宽了金属材料的使用范围和资源节约。

Description

一种冷轧复合双金属板平直控制的方法
技术领域
本发明涉及一种冷轧复合双金属板平直控制的方法，属于合金制造工艺技术领域。
背景技术
金属板材作为工业领域使用的最传统和最主流的板材材料，其使用的广泛性和性能多样性的结合是目前任何一类工程材料都无法企及的，随着我国工业化的进展预计在今后相当长的时间内金属板材仍将发挥主导作用。比如航空航天工程以及电力电子、桥梁建筑、海洋工程等领域，但恶劣的服役条件和巨大的市场需求对服役材料提出了防腐抗蚀、轻量化、高可靠性等要求，当下传统单一的基础金属材料已经很难满足高端产品综合性能的需求，因此迫切的需要性能优异且能快速生产的金属基复合材料来支撑工业化进展。在此情况下金属基复合材料应运而生，目前生产金属基复合材料的方法有爆炸复合、挤压复合、扩散焊接、轧制复合等，在这些方法中轧制复合是目前使用最广泛、也是效益最明显的方法，相比于其它方法进行金属基复合板的复合，轧制复合具有操作简单、生产周期快等特点，因此轧制复合也是最有效的生产金属基复合板的方法，但轧制复合存在的一个问题就是，由于是单道次大压下率一次成形，使得轧件的平直度不容乐观，导致生产出的金属基复合板利用率低下。通常在轧制过程中由于不同材质的板材变形抗力的不一致是导致复合板产生翘曲的主要原因，不同厚度的板材变形抗力也存在差异。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种冷轧复合双金属板平直控制的方法，其能根据实际生产的需要，制备具有优异性能的、平直度很高的双金属复合板。
为了解决上述问题，本发明提供的技术方案是：一种冷轧复合双金属板平直控制的方法，其特征在于，将不同材质的金属板，调整初始厚度比和轧机异速比，通过一台可逆冷轧机单道次压下率控制在30％～60％下一次成形且平直出轧辊。所述的单道次大压下率下轧件出轧辊而不出现翘曲，由于两种不同材质的金属板其内部的金属流动性不一致，通过调节设置合适的初始厚度比使得轧件能够平直的出轧辊，可以生产平直的异种双金属复合板。
优选地，所述复合板的初始厚度比值在0.1～1范围可控，轧机异速比为设定同步轧制和异步轧制，异步轧制采用相同辊径，控制速度的方式进行，速度比的范围在1～1.7范围可控。所述的复合板初始厚度比在不同的压下量下，为得到平直的双金属复合板可以进行调整。
根据轧制金属板的具体情况，选择一台可逆冷轧机，实现大变形(根据金属板材尺寸、轧机的轧辊直径等不同，单道次压下变形控制在30％～60％之间)、单道次轧制，从而使金属板表面金属层破裂暴露出新鲜金属层，进一步使得双金属板的粘接。在得到双金属复合板所需厚度尺寸同时，又能够保证复合板轧件平直的出轧辊，从而实现了双金属复合板顺利粘接并平直出轧辊的要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的轧制双金属复合板不仅能够粘接程度好，还从一定程度上保证了平直度。实现了不仅能粘接还平直出轧辊目标的要求。
2、本发明可以在现有的可逆冷轧机实施。这类可逆冷轧机的装置结构简单、制造方便、性能可靠且适应于工业化生产。
本发明使得复合板不仅能够兼具二者优异的性能，还能够保持一定的平直度，大大的提高了材料的使用范围和资源节约
，在此基础之上本发明可以很好的解决这一问题，使金属基复合板不仅兼具各自优异的性能还能保持很好的平直度，使材料的利用率大大提高节约了资源，本发明将利用控制板材初始厚度比和轧机异速比的方式来生产出平直的金属基复合板，极大地提高了材料的利用率，相比于其它方式本发明最大的优势在于，在获得优异性能金属基复合板的基础之上，还能够保证了金属基复合板的平直度，而且操作方便、生产成本低，符合我国新时代金属基复合板低成本、大规模生产的要求，因而具有广阔的发展前景
附图说明
图1为轧辊半径为90mm初始厚度比为1:1、轧机异速比为1.54，在不同压下率下进行轧制的仿真云图；
图2为轧辊半径为90mm初始厚度比为1:3、轧机异速比为1.54，在不同压下率下进行轧制的仿真云图；
图3为轧辊半径为90mm初始厚度比为3:5、轧机异速比为1.67，在不同压下率下进行轧制的仿真云图；
图4为轧辊半径为90mm初始厚度比值为1:1、轧机异速比分别为1、1.54、1.67，在道次压下率为40％下进行轧制的仿真云图；
图5为轧机异速比均为1.54、初始厚度比分别为1:1、1:3平直度大小关系比较图；
图6为轧机异速比均为1.67、初始厚度比3:5，在不同压下率下平直度大小关系图；
图7为初始厚度比为1:1，轧机异速比为1.54，上下板变形量与总变形率的关系图；
图8为初始厚度比为1:3，轧机异速比为1.54，上下板变形量与总变形率的关系图；
图9为初始厚度比为1:1、轧机异速比为1.54，在不同压下率下沿厚度方向上等效应变大小关系图；
图10初始厚度比为1:1，同步轧制，在不同压下率下、沿厚度方向上等效应变大小关系图；
图11为初始厚度比为3:5、轧机异速比为1.67，在不同压下率下沿厚度方向上等效应变大小关系图；
图12为初始厚度比为1:1、轧机异速比分别为1、1.54、1.67，在道次压下率40％下沿厚度方向上等效应变大小关系图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明各实施例中的轧制可采用一台可逆冷轧机实施，可以根据实际需要实现大压下率的轧制，对给予的不同初始厚度比的双金属复合板均可实现不同程度的复合且平直度良好。
实施例
用Marc有限元软件对美系铝合金(2219-T62)、不锈钢(1Cr18Ni9)板材进行轧制复合并进行有限元计算分析，用轧辊半径为R＝90mm的二辊可逆冷轧机对规格长宽均为(60mm×25mm)，厚度不同的两板，其中2219-T62铝合金板厚度为(2mm、3mm、4mm)；不锈钢(1Cr18Ni9)板厚度为(6mm、5mm、4mm)初始厚度比对应为1:3；3:5；1:1，进行单道次大压下量轧制，压下率梯度设置为30％、35％、40％、50％、60％，进行单道次大压下量轧制的仿真模拟分析。轧制仿真完成后取同一压下量不同初始厚度比、同一初始厚度比不同压下量复合板任意三个节点进行平直度的计算分析。R＝90mm单道次大压下量轧制成形轧制参数如表1所示。
表1
Figure BDA0002673328990000041
本发明轧制前将要求对板材进行表面清洗处理，采用N.Bay提出的表面处理方法，先用丙酮除脂、后进行表面刮洗，进行轧制之前用棉花擦拭金属表面，之后用打磨机对金属表面进行打磨使之暴露出金属色泽，为得到粘接程度良好的双金属复合板先对结合面预先焊合，使在单道次大压下率下得到平直的粘接程度良好的双金属复合板，结合金属材料的变形抗力曲线等资料，确定需要达到表层强化的累积应变量。同时结合金属塑性变形有限元模拟计算数据，确定各金属板变形量与总压下量的关系、层厚比以及轧制速度的关系。
本发明采用现有的MSC.MARC有限元仿真软件进行轧制的有限元仿真模拟计算分析，利用有限元分析采用的原理为：
(1)金属板具有各向同性硬化的弹塑性行为。采用Von-Mises塑性模型描述了金属的力学行为。塑性屈服函数为：
Figure BDA0002673328990000051
其中，
Figure BDA0002673328990000052
为等效塑性应变；δdev为偏应力张量；δY为初始屈服应力；H为各向同性硬化模量，由于是单道次大压下率变形轧制，必须采用几何非线性公式。因此，本发明中的有限元计算是几何非线性的。
(2)为计算复合板翘曲曲率值，本发明计算曲率将采用Anders提出的简化公式，该公式既可保证计算精度又可简化计算步骤，公式如下：
Figure BDA0002673328990000053
其中(xmk,ymk)为选取两节点所作垂线的交点，因而可以选取金属板材上任意三个节点都能够准确的表征复合板的平直度。
(3)为判断形成的复合界面优劣，通过分析厚度方向的等效塑性应变的大小变化情况，在复合界面上、下层等效塑性变形大小反应变形的协调性，若上下层差值较小可以得出在界面处上下层界面处的残余应力较小形成了较好的复合界面，若两者的差值较大则对界面产生不利影响，为后续对复合板的去应力退火处理加大难度。
本实施例中，初始厚度比分别为1:1、1:3在不同压下率下的仿真云图如图1、图2所示，对应的曲率大小如图5和图6所示。
初始厚度比为3:5、轧机异速比为1.67在不同压下下率的仿真云图如图3所示。
在初始厚度比为1:1，在压下率为40％下不同轧机异速比的仿真云图如图4所示，可以看出在轧机异速比为1.54下的平直度最好。
根据仿真云图结合对应的曲率大小可以清楚的看出轧机异速比为1.54、复合板初始厚度比为1:3在总变形率达到40％时双金属复合板可较平直的出轧辊，从图5可以看出在总压下量低于40％初始厚度比值越小越能够使双金属复合板平直出轧辊。
由仿真云图数据可以看出：复合板初始厚度比对平直度是有影响的，在总变形率小于或等于40％的情况下，随着复合板初始厚度比数值的减小其对应的曲率值也越小即双金属复合板出轧辊越平直。
初始厚度比分别为1:1和1:3在不同压下率下，上板和下板的变形量与总变形率的关系如图7和图8所示。
由上板和下板的变形情况与总变形率的关系图可以清楚的看出：当总压下量在45％左右时出现不锈钢板层的变形量大于铝合金板层的变形量，而总压下量在45％之前铝合金板层的变形能力总是大于不锈钢层，且初始厚度比也影响着二者的变形能力，随着初始厚度比值越小对应的拐点值相应增大。
图9和图10可以看出：通过异步轧制可以有利于提高双金属复合板的平直度，从图中变形区等效应变的大小关系可以看出异步轧制下上板和下板的变形能力近似对称，因而双金属复合板出轧辊更加的平直。
对于不同的初始厚度比值影响着双金属复合板的变形能力，随着初始厚度比值的减小在轧机异速比相同的情况下可以使得复合板更加平直的出轧辊，结合图10和图11所示：初始厚度比值越小双金属复合板结合界面应变的大小随之在增大，这也同时有利于双金属复合板结合界面间的粘合质量，图12显示的是初始厚度比为1:1在不同轧机异速比下的等效应变变化图。
在总变形率为40％的情况下，随着初始厚度比值的减少更加有利于双金属复合板平直出轧辊。
轧机异速比的大小也对双金属复合板平直度起着重要的影响，在初始厚度比值一定的情况下相应的增加轧机异速比对双金属复合板出轧辊更加有利。

Claims (2)

1.一种冷轧复合双金属板平直控制的方法，其特征在于，将不同材质的金属板，调整初始厚度比和轧机异速比，通过一台可逆冷轧机单道次压下率控制在30％～60％下一次成形且平直出轧辊。
2.如权利要求1所述的冷轧复合双金属板平直控制的方法，其特征在于，所述复合板的初始厚度比值在0.1～1范围可控，轧机异速比为设定同步轧制和异步轧制，异步轧制采用相同辊径，控制速度的方式进行，速度比的范围在1～1.7范围可控。
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