CN113102503B - 一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法，包括原材料的选取、预处理、轧制组坯和后处理；轧制组坯首先需要将将铝板和钛板堆叠成铝/钛/铝三明治叠轧板，将三明治叠轧板放置在两个刚性板之间并通过点焊固定进行轧制，轧制包括单层轧制和双层轧制。本发明基于Al/Ti/Al三明治结构并辅以刚性板，以点焊加以固定获得单轧组件，对Al/Ti/Al复合坯件进行多道次的单轧+双层叠轧并辅助中间真空退火，并加以板材固定系统以及辅助吹气系统，从而获得复合板材厚度介于0.1‑0.3mm的超薄钛铝复合板材。其表面质量优良、板材薄厚均匀，无裂纹开裂等优点。

Description

一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法
技术领域
本发明涉及复合轧制技术领域，特别是涉及一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法。
背景技术
钛及其合金具有高比强度、良好的耐热性和抗腐蚀性以及优异的生物相容性，因此在航空航天、汽车以及医学领域有很大的应用市场。虽然钛在地壳中的含量排名第十，但是由于钛的冶炼技术要求较高，目前也尚未突破。因此钛及钛合金造价成本过高，导致其使用范围受到制约，而利用铝作为基体，钛作为增强相组成的复合板材，一方面可以减少钛的使用量，“以铝节钛”大大降低成本；另一方面复合板材可以兼顾两者的优点，发挥铝板的低密度，高导热系数，钛板的耐高温、耐腐蚀性能并且达到轻量化要求。但是由于钛铝两种金属在力学性能上差异很大且钛材塑性加工工艺复杂，导致在后续加工合成中变形协调性难以解决，目前工业化生产也难以实现。为此，寻找一种能制造优异钛铝复合层板的工艺技术与装备，满足工业化生产具有重要意义。
当前轻质板材厚度普遍较厚仅能满足较大较厚器件的使用如手机、电脑外壳、汽车轮毂等，对要求较高的如音响鼓膜、传输信号器磁屏蔽等则不能满足需求，且我国在超薄轻质板材中的研究不是很多。对于超薄板材的制备，采用常规的挤压方式乃至爆炸成型很难得到，更何况，钛合金晶体结构为密排六方结构，滑移系只有3个，因此在室温条件下难以发生大量变形，而在热轧过程中由于板材过薄，降温速度快，难以保证温度控制，导致加工表面出现裂纹、旁侧出现边裂并且轧制过程中存在板层错位等问题导致板材报废率高，利用率下降成本提高。
2013年Hoi Pang Ng等人(H.P.Ng,T.Przybilla,C.Schmidt,R.Lapovok,D.Orlov,H.-W.
Figure BDA0003021298500000021
M.
Figure BDA0003021298500000022
Asymmetric accumulative roll bonding of aluminium–titanium composite sheets,Mater.Sci.Eng.,A 576(2013)306-315.)采用不对称累积叠压法成功制备出AA5051/商业纯钛板的复合材料。经过4次轧制，中间Al的平均晶粒尺寸为1.27μm和1.51μm，Al晶粒的细化使得复合材料的强度增大，最大抗拉强度为192MPa。不对称累积叠压技术增加了剪切应力使得中间Ti层表面平整。然而在600℃、24h退火下，发现界面存在TiAl3金属间化合物，这会使得复合板材延展性下降
2015年燕山大学M.Ma等人(M.Ma,P.Huo,W.C.Liu,G.J.Wang,D.M.Wang,Microstructure and mechanical properties of Al/Ti/Al laminated compositesprepared by roll bonding,Mater.Sci.Eng.,A 636(2015)301-310.)利用辊压法制备叠层Al-Ti-Al复合材料，在轧制下压率为38％，轧制温度为400℃下，复合材料的抗拉强度与屈服强度达到最大值。此外铝层厚度对组织的影响是不均匀的，这是由于铝层与钛层变形不协调导致的。同年，Parisa Darvish Motevalli等人(P.D.Motevalli,B.Eghbali,Microstructure and mechanical properties of Tri-metal Al/Ti/Mg laminatedcomposite processed by accumulative roll bonding,Mater.Sci.Eng.,A 628(2015)135-142.)利用累积叠轧处理成功制得Ag/Ti/Mg三种异质金属的复合板材，利用钢丝四角固定避免板层错位，但利用50％下压率轧制复合板材，其结果显示边缘出现裂纹，中心金属Ti出现断裂破碎，Mg板也会发生颈缩。
最新报道显示，Xiaobo Zhang等人(X.Zhang,Y.Yu,B.Liu,Y.Zhao,J.Ren,Y.Yan,R.Cao,J.Chen,Microstructure characteristics and tensile properties ofmultilayer Al-6061/Ti-TA1 sheets fabricated by accumulative roll bonding,J.Mater.Process.Technol.275(2020)116378.)在制备Al/Ti/Al板材时使用累积叠轧处理分别在不同温度的预热处理下采用三次循环叠轧，其中下压率分别约为55％、70％、40％，采用三次大下压率制得复合板材总体厚度约为2mm，最终复合板不能分离只能整体使用，不能获得超薄板材。与此同时，在第二次轧制时依然发现Ti层板破碎。因此，亟需一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，本发明利用累积叠轧技术制备钛铝复合超薄板材，充分发挥以铝节钛，减少钛合金的使用成本。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法，包括以下步骤：
(1)原材料的选取：铝板厚度1-1.5mm，钛板厚度0.5-1mm；
(2)预处理：对铝板和钛板进行裁剪，将铝板和钛板的尺寸剪裁成成品长度的30％-60％和宽度的20％-40％，然后分别进行预备热处理，并分别对板材进行表面处理；
(3)轧制组坯，将铝板和钛板堆叠成Al/Ti/Al三明治叠轧板，将三明治叠轧板放置在两个刚性板之间并通过点焊固定，进行轧制，轧制包括单层轧制和双层轧制：
单层轧制，轧制下压率首次选取45％-55％，轧制过程中在轧制进口处加辅助吹气保护以及板材固定系统保护，后真空退火，并进行多道次轧制，多道次轧制的下压率为30-40％，最终获得三明治复合坯件II；
双层叠轧，将单层轧制获得的三明治复合坯件II中间裁断并进行堆叠，在两层三明治复合坯件II之间以及外侧分别设置一层刚性板重新组成双层叠轧组件；真空退火，退火后对双层叠轧组件保温并进行双层多道次叠轧，轧制下压率为30-35％，轧制过程中在轧制进口处加辅助吹气保护以及板材固定系统保护，获得三明治复合坯件III；
(4)后处理：对步骤(3)获得的双层三明治复合坯件III真空退火，然后再将双层三明治复合坯件III相互分离开，通过剪裁旁侧以及机械粗磨清除表层氧化物，最终获得一定尺寸的单层钛铝复合板。
优选的，步骤(1)中，当铝板和钛板均为纯金属板时，铝板大于钛板厚度0.1-0.3mm，当铝板为纯铝板、钛板为钛合金板时，铝板大于钛板厚度0.3-0.5mm，当铝板为铝合金板、钛板为纯钛板时，铝板与钛板厚度差为±0.1mm，当铝板和钛板均为合金板时，铝板大于钛板厚度0.2-0.5mm。
优选的，步骤(2)中，将铝板加热到300-350℃、保温2h、炉冷；钛板加热到800-900℃、保温3h、炉冷；铝板和钛板分别进行表面处理，喷砂去除表面氧化皮、酒精清洗烘干、丙酮超声清洗去除表面油污。
优选的，步骤(3)中，单层轧制的轧制温度400-470℃，保温时间为15-25min，轧制速度0.2m/s，轧制力不大于30吨，轧制一次得到三明治复合坯件I，多道次轧制后获得三明治复合坯件II，复合坯件II的板厚为0.65±0.1mm。
优选的，步骤(4)中，将三明治复合坯件II从中间裁断，将一半三明治复合坯件II放到另一半三明治复合坯件II之上，两层三明治复合坯件II之间添加一层刚性板重新组成双层叠轧组件，在双层叠轧组件两侧设置刚性板；真空退火，退火后叠轧组件进行400-470℃，时间为15-25min的保温，双层多道次叠轧后获得三明治复合坯件III，单层三明治复合坯件III厚约为0.1-0.3±0.05mm。
优选的，刚性板为45钢板，所述刚性板的尺寸与成品尺寸相同，所述刚性板的厚度为0.5mm。
优选的，所述刚性板与铝板之间涂覆有300-400目的Al2O3，涂覆厚度50μm；双层叠轧前，刚性板与两侧的三明治复合坯件之间涂覆有300-400目的Al2O3，涂覆厚度50μm。
优选的，涂覆的Al2O3中掺杂有酒精，酒精浓度为99.9％。
优选的，步骤(3)和步骤(4)中，所述真空退火的温度是300-360℃，时间为2h，真空度3Pa。
优选的，步骤(3)和步骤(4)中，在轧制进口处加吹氮气保护，气体速度40mL/min。
本发明公开了以下技术效果：本发明基于Al/Ti/Al三明治结构并辅以刚性板，以点焊加以固定获得单轧组件，对铝/钛/铝复合坯件进行多道次的单轧+双层叠轧并辅助中间真空退火，并加以板材固定系统以及辅助吹气系统，从而获得复合板材厚度介于0.1-0.3mm的超薄钛铝复合板材。其表面质量优良、板材薄厚均匀，无裂纹开裂等优点。本发明彻底解决了钛铝异质金属复合超薄板材的制备难度大、表面质量差、工序复杂等问题，其特点具有操作简单、能耗少、成本低、生产效率高、易于工业化生产。本发明利用累积叠轧技术制备钛铝复合超薄板材，充分发挥以铝节钛，减少钛合金的使用成本，其次钛/铝复合板能兼顾钛合金的高强度、耐腐蚀、耐高温等优点和铝合金的低比重、高导热等优势，使其在航空航天领域和石油化工领域拥有非常广阔的前景。
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为本发明单层轧制组坯结构示意图；
图2为本发明轧机装置结构示意图；
图3为本发明辅助吹气系统结构示意图；
图4为本发明板材固定系统结构示意图；
图5为本发明双层叠扎组坯结构示意图。
其中，1为刚性板，2为焊点，3为铝板，4为钛板，5为复合组坯，6为板材固定系统，61为板材卡位器，62为液压机，63为移动槽，7为辅助吹气系统，71为氮气存储罐，72为气体流速控制阀，73为气体吹出口，8为辊轮。
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。
参照图1-3，本发明提供一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法，包括以下步骤：
(1)原材料的选取：根据钛铝复合超薄板材的性能需要，选择复合板材的组成，可以是纯金属配纯金属，纯金属配合金，也可以是合金配合金。铝板可以选自A1100、5083、6061和7075中的一种。钛板主要是纯钛板或钛铝合金板系列中的一种。其中初始铝板厚度1-1.5mm之间，或者初始钛板厚度0.5-1mm之间，然后再根据厚度选择原则确定另一板材厚度。所用原材料基本上都是市场上常见的规格和牌号，这对就地取材、降低成本意义非凡。其次选择较厚铝板以及较薄钛板可以充分发挥厚板的塑性变形能力，将薄板塑性变形量一部分转移到厚板上，减少轧制过程中薄板颈缩断裂。
下表1为铝/钛/铝复合板材配对方式及厚度选择原则，当铝板和钛板均为纯金属板时，铝板大于钛板厚度0.1-0.3mm，当铝板为纯铝板、钛板为钛合金板时，铝板大于钛板厚度0.3-0.5mm，当铝板为铝合金板、钛板为纯钛板时，铝板与钛板厚度差为±0.1mm，当铝板和钛板均为合金板时，铝板大于钛板厚度0.2-0.5mm。
表1铝/钛/铝复合板材配对方式及厚度选择原则
Figure BDA0003021298500000081
(2)预处理：对铝板和钛板进行裁剪，将铝板和钛板的尺寸剪裁成成品长度的30％-60％和宽度的20％-40％，然后分别进行预备热处理，并分别对板材进行表面处理；处理工艺为：将铝板加热到300-350℃、保温2h、炉冷；钛板加热到800-900℃、保温3h、炉冷；铝板和钛板分别进行表面处理，喷砂去除表面氧化皮、酒精清洗烘干、丙酮超声清洗去除表面油污，超声清洗30min。选择原料板材的长度与宽度均小于客户要求的原始尺寸，这是因为大塑性变形产生的板材长度与宽度的扩大，轧制后可以满足客户所要求的尺寸，避免板材浪费。并且对铝板和钛板分别进行预前热处理，提高材料均匀性降低板材内应力，提高塑性变形能力；病对板材表面进行除锈、除油污处理，保证轧制复合界面连接良好，避免复合板分层。
(3)轧制组坯，将铝板和钛板堆叠成Al/Ti/Al三明治叠轧板，将三明治叠轧板放置在两个刚性板之间并通过点焊固定，刚性板为45钢板，刚性板的尺寸与成品尺寸相同，刚性板的厚度为0.5mm，由于45钢比钛板和铝板具有更强的抗变形能力，故其在轧制过程中钢板的厚度始终保持原始厚度，如图1所示，从上到下依次为刚性板、铝板、钛板、铝板和刚性板。刚性板可以避免由于在叠轧过程中钛板与铝板的塑性变形能力存在较大的差异，导致在实际轧制时产生的较软铝板缠绕轧辊或发生弯曲以及轧制面较差的现象。刚性板与铝板之间涂覆有防黏体，防黏体包括300-400目的Al2O3，并掺杂有酒精，酒精浓度为99.9％，涂覆厚度50μm，避免了刚性板与复合板层之间黏合。在单层轧制时，由于辊轧过程中存在剪切应力，板材之间会发生错位，故将坯件侧边进行点焊固定，防止板材之间发生错位。
如图2、3和4所示，轧机装置包括辊轮8，辊轮8的入口侧设置有板材固定系统6和辅助吹气系统7，板材固定系统6包括移动槽63，移动槽内设置有液压机62，液压机62上设置有板材卡位器61。辅助吹气系统7包括固定设置在机架上的气体吹出口73，气体吹出口73通过管路以及气体流速控制阀72与氮气存储罐71连通。
轧制工艺，轧制过程中轧制温度、轧制下压率以及轧制道次对板材结构与组织有非常重要的影响，因此合理控制这些参数是工艺关键所在。加热温度过高，铝板晶粒尺寸会异常长大，晶粒尺寸粗化，由于复合材料中钛的塑性较差轧制时变形困难，当轧制下压率过小达不到临界下压率，板材之间未发生复合，板材之间会发生分离因此下压率选取较大；同样由于塑性差，轧制压力不能过大，过大容易使材料颈缩开裂。
综合轧制温度以及时间等因素，轧制包括单层轧制和双层轧制：
单层轧制，轧制温度400-470℃，保温时间为15-25min，轧制速度0.2m/s，轧制力不大于30吨，轧制下压率首次选取45％-55％，轧制一次得到三明治复合坯件I，轧制过程中在轧制进口处加辅助吹气保护以及板材固定系统保护，在轧制进口处加吹氮气保护，气体速度40mL/min，后真空退火，真空退火的温度是300-360℃，时间为2h，真空度3Pa。进行多道次轧制，多道次轧制的下压率为30-40％，其它轧制参数均不改变，最终获得三明治复合坯件II，复合坯件II的板厚为0.65±0.1mm；
双层叠轧，将三明治复合坯件II从中间裁断，将一半三明治复合坯件II放到另一半三明治复合坯件II之上，两层三明治复合坯件II之间添加一层刚性板重新组成双层叠轧组件，刚性板与双层叠轧组件之间涂覆有防黏体，避免了刚性板与复合板层之间黏合；在双层叠轧组件两侧设置刚性板；真空退火，退火后叠轧组件进行400-470℃，时间为15-25min的保温，进行双层多道次叠轧，轧制下压率为30-35％，轧制过程中在轧制进口处加辅助吹气保护以及板材固定系统保护，获得三明治复合坯件III，单层三明治复合坯件III厚约为0.1-0.3±0.05mm；如图5所示，从上到下依次为刚性板、复合组坯、刚性板、复合组坯和刚性板。
叠轧技术可充分发挥变形加工过程中材料的滑移和孪生机制，由于合金产生塑性变形时，是一个应变能的积累与释放过程，而释放形式主要以动态再结晶、滑移、孪生以及裂纹来实现，并且这些形式是相互竞争的。在叠轧过程中由于板材的厚度不同，导致在一定下压率下板材内部发生不同变形机制，板材较厚处主要发生动态再结晶，板材较薄处则可激发孪生进行。因此这两种方式共同作用抑制了裂纹产生。
其次，利用辅助吹气系统，将氮气吹至轧制层表面以隔绝空气接触复合板件表面，保证板材高温不被氧化。在轧制温度选择时选择高于普通轧制温度20-30℃，避免吹气降温过快，保温时间较普通轧制时间长5-10min，保证防黏体中酒精充分挥发板材充分加热。在轧制入口处，添加板材固定系统，该装置可调节伸缩宽度，确保叠轧过程中复合板层左右不发生错位。同时，在双层叠轧时复合层板中间加以刚性板避免复合板之间粘合。
采用辅助真空退火的单层多道次轧制结合辅助真空退火的双层多道次叠轧，并且下压率依次降低。其中真空退火，使得残余应力难以积累复合板材不会出现裂纹，并能保证板材氧化；下压率降低，可使最后难以变形的复合板材的中间钛板不发生颈缩甚至破碎。
(4)后处理：对步骤(3)获得的双层三明治复合坯件III真空退火，然后再将双层三明治复合坯件III相互分离开，通过剪裁旁侧以及机械粗磨清除表层氧化物，最终获得一定尺寸的单层钛铝复合板。
实施例1
制备长100mm×宽50mmn×厚0.3mm的纯铝/纯钛/纯铝超薄复合板(A1100/TA1/A1100)，表面平整度要求0.03mm。
步骤(1)、由于目标复合板为纯金属配纯金属，故原材料的选取，首先选取纯铝板A1100，厚度1.0mm，随后根据表1中板材选取原则选取纯钛板TA1，厚度0.7mm。
步骤(2)、预处理，利用线切割分别将A1100板、TA1板裁制成长40mm×宽25mm；然后进行预备热处理，A1100板加热到300℃保温2h、炉冷；TA1板加热到800℃保温3h、炉冷。最后再分别对板材进行表面处理，喷砂去除表面氧化皮、酒精清洗烘干、丙酮超声清洗去除表面油污30min。
步骤(3)、轧制组坯，A1100/TA1/A1100三明治叠轧板，板厚约2.8mm，放置在两个刚性板之间，在与钢板接触的铝板之间涂覆防黏体，之后将四边点焊固定进行轧制。
单层轧制，轧制温度400℃，保温时间为15min，轧制速度0.2m/s，轧制力30吨，轧制下压率首次选取50％，轧制一次获得三明治复合坯件I，板厚约为1.4mm，轧制过程在轧制进口处添加辅助吹气保护以及板材固定系统保护。后真空退火，真空退火的温度是300℃，时间为2h，真空度3Pa；改变下压率为35％，轧制两道次，中间辅助真空退火，获得三明治复合坯件II，三明治复合坯件II板厚约为0.6mm。
双层叠轧，将三明治复合坯件II从中间裁断，将一半复合板放到另一半复合板之上，复合板之间在添加一层45钢板，板厚0.5mm，钢板和复合板之间涂覆防黏体，重新组成叠轧组件，板厚约为1.4mm，将其继续放入两个钢板之间。在300℃，2h，真空度3Pa退火，后将退火后的三明治复合坯件II，进行400℃，保温时间为15min，取出后控制轧制下压率分别为35％和30％进行双层两道次叠轧，轧制过程在轧制进口处加辅助吹气保护以及板材固定系统保护。获得三明治复合坯件III，单层板厚约为0.32mm。
步骤(4)、后处理，对步骤(3)完成的复合坯件III在300℃下真空度3Pa，2h退火，消除残余应力和加工硬化。然后再将2层叠轧件相互分离开，通过剪裁旁侧以及机械粗磨清除表层氧化物，最终获得100mm×宽50mmn×厚0.3mm的纯铝/纯钛/纯铝超薄复合板。
实施例2
制备100mm×宽50mmn×厚0.3mm的铝合金/纯钛/铝合金超薄复合板(A5083/TA1/A5083)，表面平整度要求0.03mm。
步骤(1)、由于目标复合板为合金配纯金属，故原材料的选取，首先选取铝合金板A5083，厚度0.9mm，随后根据表1中板材选取原则选取纯钛板TA1，厚度0.8mm。
步骤(2)、预处理，利用线切割分别将A5083板、TA1板裁制成40mm×宽25mm；然后进行预备热处理，A5083板加热到330℃保温2h、炉冷；TA1板加热到800℃保温3h、炉冷。最后再分别对板材进行表面处理，喷砂去除表面氧化皮、酒精清洗烘干、丙酮超声清洗去除表面油污30min。
步骤(3)、轧制组坯，A5083/TA1/A5083三明治叠轧板，板厚约2.7mm，放置在两个刚性板之间，在与钢板接触的铝板之间涂覆防黏体(400目Al2O3加酒精)，涂覆厚度50μm，之后将四边点焊固定进行轧制。
单层轧制，选取轧制温度420℃，保温时间为20min，轧制速度0.2m/s，轧制力30吨，轧制下压率首次选取50％，进行轧制一次获得三明治复合坯件I，板厚约为1.35mm，轧制过程在轧制进口处添加辅助吹气保护以及板材固定系统保护。后真空退火，真空退火的温度是330℃，时间为2h，真空度3Pa；改变下压率分别为35％和30％，轧制两道次中间辅助真空退火，获得三明治复合坯件II，板厚约为0.61mm,。
双层叠轧，将三明治复合坯件II从中间裁断，将一半复合板放到另一半复合板之上，复合板之间在添加一层45钢板，板厚0.5mm，钢板和复合板之间涂覆防黏体，重新组成叠轧组件，板厚约为1.42mm，将其继续放入两个钢板之间。在330℃，2h，真空度3Pa退火，后将退火后的三明治复合坯件II，进行420℃，保温时间为20min，取出后控制轧制下压率分别为35％和30％进行双层两道次叠轧，轧制过程在轧制进口处加辅助吹气保护以及板材固定系统保护。获得三明治复合坯件III，单层板厚约为0.33mm。
步骤4、后处理，对步骤(3)完成的复合坯件III在330℃，2h，真空度3Pa退火，消除残余应力和加工硬化。然后再将2层叠轧件相互分离开，通过剪裁旁侧以及机械粗磨清除表层氧化物，最终获得100mm×宽50mmn×厚0.3mm的铝合金/纯钛/铝合金超薄复合板。
实施例3：制备100mm×宽50mmn×厚0.3mm的铝合金/钛合金/铝合金超薄复合板(A5083/Ti-6A1-4V/A5083)，表面平整度要求0.03mm。
步骤(1)、由于目标复合板为合金配合金，故原材料的选取，首先选取铝合金板A5083，厚度1mm，随后根据表1中板材选取原则选取钛合金板Ti-6A1-4V，厚度0.5mm。
步骤(2)、预处理，利用线切割分别将A5083板、Ti-6A1-4V板裁制成40mm×宽25mm。然后进行预备热处理，A5083板加热到330℃保温2h、炉冷；Ti-6A1-4V板加热到850℃保温3h、炉冷。最后再分别对板材进行表面处理，喷砂去除表面氧化皮、酒精清洗烘干、丙酮超声清洗去除表面油污30min。
步骤(3)、轧制组坯，A5083/Ti-6A1-4V/A5083三明治叠轧板，板厚约2.6mm，放置在刚性板中，在与钢板接触的铝板之间涂覆防黏体(400目Al2O3加酒精)，之后将四边点焊固定进行轧制。
单层轧制，选取轧制温度450℃，保温时间为25min，轧制速度0.2m/s，轧制力30吨，轧制下压率首次选取50％，进行轧制一次获得三明治复合坯件I，板厚约为1.3mm，轧制过程在轧制进口处添加辅助吹气保护以及板材固定系统保护。后真空退火真空退火的温度是350℃，时间为2h，真空度3Pa；改变下压率分别为30％和30％，轧制两道次中间辅助真空退火，获得三明治复合坯件II，板厚约为0.64mm,。
双层叠轧，将三明治复合坯件II从中间裁断，将一半复合板放到另一半复合板之上，复合板之间在添加一层45钢板，板厚0.5mm，钢板和复合板之间涂覆防黏体，重新组成叠轧组件，板厚约为1.48mm，将其继续放入两个钢板之间。在350℃，2h，真空度3Pa退火，后将退火后的三明治复合坯件II，进行450℃，保温时间为25min，取出后控制轧制下压率为35％进行双层两道次叠轧，轧制过程在轧制进口处加辅助吹气保护以及板材固定系统保护。获得三明治复合坯件III，单层板厚约为0.31mm。
步骤(4)、后处理，对步骤(3)完成的复合坯件III在350℃，2h，真空度3Pa退火，消除残余应力和加工硬化。然后再将2层叠轧件相互分离开，通过剪裁旁侧以及机械粗磨清除表层氧化物，最终获得100mm×宽50mmn×厚0.3mm的铝合金/钛合金/铝合金超薄复合板。
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 (10)

1.一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）原材料的选取：铝板厚度1-1.5mm，钛板厚度0.5-1mm；
（2）预处理：对铝板和钛板进行裁剪，将铝板和钛板的尺寸剪裁成成品长度的30%-60%和宽度的20%-40%，然后分别进行预备热处理，并分别对板材进行表面处理；
（3）轧制组坯，将铝板和钛板堆叠成Al/Ti/Al三明治叠轧板，将三明治叠轧板放置在两个刚性板之间并通过点焊固定，进行轧制，轧制包括单层轧制和双层叠轧：
单层轧制，轧制下压率首次选取45%-55%，轧制过程中在轧制进口处加辅助吹氮气保护以及板材固定系统（6）保护，后真空退火，并进行多道次轧制，多道次轧制的下压率为30-40%，最终获得三明治复合坯件II；板材固定系统（6）包括移动槽（63），移动槽（63）内设置有液压机（62），液压机（62）上设置有板材卡位器（61）；
双层叠轧，将单层轧制获得的三明治复合坯件II中间裁断并进行堆叠，在两层三明治复合坯件II之间以及外侧分别设置一层刚性板重新组成双层叠轧组件；真空退火，退火后对双层叠轧组件保温并进行双层多道次叠轧，轧制下压率为30-35%，轧制过程中在轧制进口处加辅助吹气保护以及板材固定系统保护，获得三明治复合坯件III；
（4）后处理：对步骤（3）获得的双层三明治复合坯件III真空退火，然后再将双层三明治复合坯件III相互分离开，通过剪裁旁侧以及机械粗磨清除表层氧化物，最终获得一定尺寸的单层钛铝复合板。
2.根据权利要求1所述的一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，当铝板和钛板均为纯金属板时，铝板大于钛板厚度0.1-0.3mm，当铝板为纯铝板、钛板为钛合金板时，铝板大于钛板厚度0.3-0.5mm，当铝板和钛板均为合金板时，铝板大于钛板厚度0.2-0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，将铝板加热到300-350℃、保温2h、炉冷；钛板加热到800-900℃、保温3h、炉冷；铝板和钛板分别进行表面处理，喷砂去除表面氧化皮、酒精清洗烘干、丙酮超声清洗去除表面油污。
4.根据权利要求1所述的一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，单层轧制的轧制温度400-470℃，保温时间为15-25min，轧制速度0.2m/s，轧制力不大于30吨，轧制一次得到三明治复合坯件I，多道次轧制后获得三明治复合坯件II，复合坯件II的板厚为0.65±0.1mm。
5.根据权利要求1所述的一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，将三明治复合坯件II从中间裁断，将一半三明治复合坯件II放到另一半三明治复合坯件II之上，两层三明治复合坯件II之间添加一层刚性板重新组成双层叠轧组件，在双层叠轧组件两侧设置刚性板；真空退火，退火后叠轧组件进行400-470℃，时间为15-25min的保温，双层多道次叠轧后获得三明治复合坯件III。
6.根据权利要求1所述的一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法，其特征在于：刚性板为45钢板，所述刚性板的尺寸与成品尺寸相同，所述刚性板的厚度为0.5mm。
7.根据权利要求1所述的一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法，其特征在于：所述刚性板与铝板之间涂覆有300-400目的Al2O3，涂覆厚度50μm；双层叠轧前，刚性板与两侧的三明治复合坯件之间涂覆有300-400目的Al2O3，涂覆厚度50μm。
8.根据权利要求7所述的一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法，其特征在于：涂覆的Al2O3中掺杂有酒精，酒精浓度为99.9%。
9.根据权利要求1所述的一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法，其特征在于：步骤（3）和步骤（4）中，所述真空退火的温度是300-360℃，时间为2h，真空度3Pa。
10.根据权利要求1所述的一种三明治结构的钛铝复合超薄板材的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，在轧制进口处加吹氮气的气体速度为40mL/min。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117400603B (zh) * 2023-12-13 2024-02-09 内蒙金属材料研究所 一种抗高速冲击叠层钛合金板材及其制备方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04172190A (ja) * 1990-11-05 1992-06-19 Japan Steel Works Ltd:The クラツド鋼板の製造方法
CN1284413A (zh) * 2000-07-07 2001-02-21 东北大学 一种双金属复合带制造方法
US6454878B1 (en) * 2000-11-01 2002-09-24 Visteon Global Technologies, Inc. Cladded material construction for etched-tri-metal circuits
CN101015835A (zh) * 2007-02-01 2007-08-15 唐谊光 一种不锈钢复合钢板的生产方法
CN108339853A (zh) * 2018-01-10 2018-07-31 上海交通大学 一种金属玻璃微米箔及其制备方法
CN108480398A (zh) * 2018-02-08 2018-09-04 太原科技大学 一种用高铬铸铁板与低碳钢板轧制三层复合板的方法
CN108724847A (zh) * 2018-04-16 2018-11-02 兰州理工大学 一种铝板和钛板累积叠轧的复合板材及其制备方法
CN109396190A (zh) * 2018-12-21 2019-03-01 西安瑞福莱钨钼有限公司 一种高精度钨箔的轧制方法
CN109675926A (zh) * 2019-03-04 2019-04-26 吉林大学 一种对称衬板轧制制备镁/铝/钛合金复合板的方法
CN112517636A (zh) * 2020-11-24 2021-03-19 福州大学 一种工业纯钛板材的深低温加工成形方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006031469B4 (de) * 2006-07-05 2008-04-30 Wickeder Westfalenstahl Gmbh Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem Titan-Flachprodukt für Hochtemperaturanwendungen
CN110420999A (zh) * 2019-05-20 2019-11-08 重庆大学 一种预冷轧扩散的钛/铝层状复合板制备方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04172190A (ja) * 1990-11-05 1992-06-19 Japan Steel Works Ltd:The クラツド鋼板の製造方法
CN1284413A (zh) * 2000-07-07 2001-02-21 东北大学 一种双金属复合带制造方法
US6454878B1 (en) * 2000-11-01 2002-09-24 Visteon Global Technologies, Inc. Cladded material construction for etched-tri-metal circuits
CN101015835A (zh) * 2007-02-01 2007-08-15 唐谊光 一种不锈钢复合钢板的生产方法
CN108339853A (zh) * 2018-01-10 2018-07-31 上海交通大学 一种金属玻璃微米箔及其制备方法
CN108480398A (zh) * 2018-02-08 2018-09-04 太原科技大学 一种用高铬铸铁板与低碳钢板轧制三层复合板的方法
CN108724847A (zh) * 2018-04-16 2018-11-02 兰州理工大学 一种铝板和钛板累积叠轧的复合板材及其制备方法
CN109396190A (zh) * 2018-12-21 2019-03-01 西安瑞福莱钨钼有限公司 一种高精度钨箔的轧制方法
CN109675926A (zh) * 2019-03-04 2019-04-26 吉林大学 一种对称衬板轧制制备镁/铝/钛合金复合板的方法
CN112517636A (zh) * 2020-11-24 2021-03-19 福州大学 一种工业纯钛板材的深低温加工成形方法

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