CN114682627B - 一种金属复合板的轧制工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属复合板的轧制工艺，涉及金属复合板制备技术领域。本发明的工艺步骤为：在双面为波纹的波纹衬板上下表面分别叠装若干块待复合的金属基板，采用平辊轧机粗轧，粗轧后将叠装的金属复合板从波纹衬板处分离，得到两块波纹复合板，后将两块波纹复合板涂抹隔离剂后叠装，采用平辊轧机进行精轧，从隔离剂处分离得到两块波纹界面复合板，最后退火、精整得到金属复合板成品，其中，波纹衬板的材质为9CrV钢，硬度为90～102HS。本发明通过波纹衬板轧制和对称叠装轧制可有效避免轧制复合过程中出现的缠辊和复合板翘曲现象，可有效改善板形质量，提高生产效率，同时增大了金属板之间的接触面积，提高了复合板的结合强度及复合效率。

Description

一种金属复合板的轧制工艺
技术领域
本发明涉及金属复合板制备技术领域，更具体地说，涉及一种金属复合板的轧制工艺。
背景技术
金属复合板是将物理、化学或力学性能不同的两种或两种以上金属材料通过适当的加工工艺在结合界面处实现牢固的冶金结合而制成的复合材料。金属复合板可以充分发挥各组元的优点，节约贵重金属材料，实现单一金属材料不能满足的性能要求，广泛应用于航空航天、交通运输、国防军工、电子信息、石油化工、仪器仪表等领域。
目前金属复合板的制备方法主要有爆炸复合法、铸造复合法、挤压复合法、扩散复合法、轧制复合法等。其中轧制复合法是应用最为广泛的制备方法，与其他方法相比，轧制复合法具有性能稳定、效率高、成本低、能耗低、污染低等优点。但是由于铜铝两种金属材料在物理、机械、力学性能方面都存在差异，采用轧制技术制备的复合板仍存在结合强度低、容易翘曲、边裂、成材率低等问题。
发明人也致力于异种金属轧制复合的研究，例如，中国专利申请号：202010137437.5，申请公开日为2020年6月23日，发明创造名称为：带有嵌入式筋槽互锁的异种金属轧制复合方法，该申请工艺步骤为：(1)单侧凸筋轧制，利用平辊和带有沟槽的花纹辊相配合，对第一板坯进行轧制，使其单侧表面成型有凸筋；(2)预装轧制，将第二板坯与第一板坯进行嵌装，将第一板坯嵌入第二板坯内部形成链式连接，形成嵌装复合工件；(3)异步轧制，对嵌装复合工件进行异步成型轧制，形成异种金属复合板。该发明提供的带有嵌入式筋槽互锁的异种金属轧制复合方法，可以有效改善双金属复合板结合强度总体偏低的问题。但是该申请案的单侧凸筋轧制所用的轧机，因一侧轧辊是平辊，另一侧轧辊是带有沟槽的花纹辊，容易出现缠辊事故。同时，该申请案所述的筋槽是锯齿形，在轧制复合过程中第一板坯的锯齿形凸筋会发生局部薄片嵌入第二板坯，额外引入界面结合问题。
中国专利申请号为201810711027.X，申请公开日为2018年11月6日的专利申请文件公开了一种波纹界面双金属复合板连续叠轧方法。该专利首先采用波纹辊将坯料轧制波纹形复合板，在复合板波谷处形成应力峰值，促进波谷处的结合，再采用平辊进行叠轧，进而在波纹复合板波峰处形成应力峰值，使波峰处达到较高强度结合，该工艺利用两次不同位置的应力峰值可实现复合板从局部到整个面的高强度结合。波纹复合板采用该叠轧工艺轧平过程中金属的延伸主要是靠波峰位置处金属的压下实现的，波谷处金属的流动很小，这样波纹复合板轧平过程中波谷处就不容易产生断裂，且波峰处金属的压下又会给另一侧复合板波谷处一个反向的挤压应力，从而进一步提高原波谷处的结合强度，得到板形好的双金属复合板。但是，该申请案采用波纹辊制备波纹形复合板时也容易产生缠辊，对轧辊的损耗也极大，同时制备的波纹形复合板会有翘曲现象，不利于下一步的叠轧。
因此，亟需寻求一种金属复合板的新型轧制工艺。
发明内容
1.要解决的问题
本发明的目的是为了解决现有轧制技术中金属复合板存在结合强度低、容易翘曲、边裂、成材率低的技术问题，为此，本发明通过设计新型的波纹衬板，结合波纹衬板的结构，首次提出了一种金属复合板的轧制工艺。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种金属复合板的轧制工艺，工艺步骤为：取若干块待复合的金属基板，并将其用钢丝刷打磨机对铝板和铜板的待结合表面进行打磨处理，采用超声波、清洗，冷风机进行吹干，在双面为波纹的波纹衬板上下表面分别叠装若干块待复合的金属基板(所有板材的一端对齐)，采用平辊轧机粗轧(轧制时从板材叠放对齐的一端开始咬入)，粗轧后将叠装的金属复合板从波纹衬板处分离，得到两块波纹复合板，后将两块波纹复合板涂抹隔离剂后叠装，采用平辊轧机进行精轧，从隔离剂处分离得到两块波纹界面复合板，最后退火、精整得到金属复合板成品，其中，波纹衬板的材质为9CrV钢，硬度为90～102HS。
为了防止金属基板与波纹衬板卡料，对波纹衬板的形状有要求。
更进一步地，所述波纹衬板的波纹截面形状为圆弧形、椭圆形或正弦波形。
更进一步地，所述波纹衬板的长度和宽度均大于金属基板的长度和宽度，所述波纹衬板的厚度大于两倍的波纹深度，所述波纹衬板的波纹深度为其相邻金属基板厚度的1/20～1/2，所述波纹衬板的波纹周期是其波纹深度的1～10倍。
更进一步地，所述金属基板可以为任意金属，例如钢、铜、铝等金属材料。
优选地，靠近波纹衬板表面的金属基板变形抗力相对较大。例如，钢、铜、铝的变形抗力大小顺序为σ钢＞σ铜＞σ铝，即金属基板的叠装顺序可以是铜-铝-钢-波纹衬板-钢-铝-铜，或铝-铜-钢-波纹衬板-钢-铜-铝。
更进一步地，所述粗轧工艺为单道次轧制，轧制时从板材叠放对齐的一端开始咬入，轧制压下量为45～65％。
更进一步地，所述隔离剂为石墨，可防止精轧过程中两块波纹复合板间产生粘着现象，以便于之后的分离工序。
更进一步地，所述精轧工艺为单道次或多道次，总压下率为10～35％。
更进一步地，所述两块波纹复合板的叠装顺序可按照平面对平面的方式进行叠装，送入平辊轧机中进行单道次轧制，总压下率为10～35％。
更进一步地，所述两块波纹复合板的叠装顺序可按照波峰对波谷、波谷对波峰的方式进行对扣叠装，送入平辊轧机中进行压下率为10～35％的单道次轧制，然后从隔离剂界面处进行分离，将分离得到的波纹复合板再次送入平辊轧机中进行压下率为10～35％的单道次或多道次轧制，得到波纹界面复合板。
更进一步地，所述退火工艺为将波纹界面复合板置于真空加热炉内，抽真空，通入氩气或氮气等对其进行保护，在温度为200-500℃，保温时间为0.5-5h的条件下对其进行退火处理。
更进一步地，所述精整包括矫直、切边等。
一种波纹衬板轧制制备铜/铝复合板的方法，包括以下步骤：
S1、叠装制坯：选择两块变形抗力相对较小的铝板做为基板，两块变形抗力相对较大的铜板做为复板，以一块铝板、一块铜板为一组，然后用钢丝刷打磨机对铝板和铜板的待结合表面进行打磨处理，采用超声波、清洗，冷风机进行吹干，将处理好的两组铜/铝板材按照铝板、铜板、波纹衬板、铜板、铝板的顺序进行叠装、固定，形成叠装复合板坯，其中，所有板材的一端对齐，所述波纹衬板的材质为9CrV钢，硬度为90～102HS；
S2、粗轧：将叠装复合板坯送入平辊轧机进行单道次轧制，得到叠装复合板，其中，轧制时从板材叠放对齐的一端开始咬入，轧制压下量为45～65％；
S3、分离：将经过粗轧的叠装复合板从波纹衬板处进行分离，得到两块波纹复合板，其中，波纹复合板的铜侧表面为波纹面、铝侧表面为平面；
S4、精轧：将分离得到的两块波纹复合板按照平面对平面的方式进行叠装，并在两块波纹复合板接触界面处涂抹隔离剂，对其固定得到叠装波纹复合板，将叠装波纹复合板送入平辊轧机中进行精轧，将波纹面完全轧平后从隔离剂处进行分离，得到两块波纹界面复合板；
S5、退火：将波纹界面复合板置于真空加热炉内，抽真空，通入氩气或氮气等对其进行保护，在温度为200-500℃，保温时间为0.5-5h的条件下对其进行退火处理；
S6、精整：矫直、切边，制成成品。
更进一步地，所述所述波纹衬板的波纹截面形状为圆弧形、椭圆形或正弦波形。所述波纹衬板的长度和宽度均大于铝板和铜板的长度和宽度，厚度大于两倍的波纹深度，波纹深度为铜板厚度的1/20～1/2，波纹周期是其波纹深度的1～10倍。
更进一步地，所述S4步骤中，隔离剂为石墨，可防止精轧过程中两块波纹复合板间产生粘着现象，以便于之后的分离工序。
更进一步地，所述S4步骤中，所述精轧工艺为单道次或多道次，总压下率为10～35％。
更进一步地，所述S4步骤中，两块波纹复合板也可按照波峰对波谷、波谷对波峰对扣叠装的波纹复合板送入平辊轧机中进行压下率为10～35％的单道次轧制，然后从隔离剂界面处进行分离，将分离得到的波纹复合板再次送入平辊轧机中进行压下率为10～35％的单道次或多道次轧制，得到波纹界面复合板。
更进一步地，所述的一种波纹衬板轧制制备铜/铝复合板的方法也适用于其它的金属复合板的轧制。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明金属复合板的轧制方法，相对于波纹辊设备的制备难度，波纹衬板更容易制备，并且成本更少；在轧制过程中波纹辊上的波纹会与轧件表面的波纹形成一定的互锁关系，同时波纹辊与轧件大面积的接触会使摩擦热增大，极易使得轧件与轧辊粘接，这些都易导致缠辊现象的出现，而采用波纹衬板可有效避免波纹辊轧制时出现的缠辊现象，延长了轧辊的使用寿命；
(2)本发明金属复合板的轧制方法，波纹界面的引入可以增大复合板界面处的接触面积，提高界面结合强度；同时，采用波纹衬板轧制时可增大轧制压下量，轧制时不需要对叠装复合板坯的咬入端进行加工处理就可容易咬入轧辊进行轧制，具有工艺简单、复合板界面质量好、强度高等优点；
(3)本发明金属复合板的轧制方法，采用同种金属沿轧向对称性叠装制备铜/铝复合板可以有效抑制铜/铝复合板的翘曲，有效改善板形质量，同时由于叠轧法可一次生产两块金属复合板，生产效率高。
附图说明
图1为本发明中叠装复合板坯料的组合示意图；
图2为本发明中波纹复合板的粗轧流程示意图；
图3为本发明中波纹界面复板的精轧流程示意图；
图4为本发明中实施例3中波纹界面复板的精轧流程示意图；
图5为本发明实施例1中铜/铝复合板的波纹界面形貌图；
图6为本发明实施例1铜/铝复合板波谷位置界面形貌图；
示意图中的标号说明：
1、基板，2、复板，3、波纹衬板，4、叠装复合板坯，5、平辊轧机，6、叠装复合板，7、波纹复合板，8、隔离剂，9、叠装波纹复合板，10、波纹界面复合板。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的一种波纹衬板轧制制备铜/铝复合板的方法，包括以下步骤：
S1、叠装制坯：如图1所示，选取两块1060铝板为基板1，尺寸为100mm×50mm×8mm，选取两块T1铜板为复板2，尺寸为100mm×50mm×2mm，以一块铝板、一块铜板为一组，然后用钢丝刷打磨机对铝板和铜板的待结合表面进行打磨处理，采用超声波、清洗，冷风机进行吹干。选取一块硬度为90～102HS的9CrV钢为波纹衬板3，尺寸为150mm×60mm×8mm，波纹截面形状为圆弧形，波纹深度为0.4mm，周期为2mm。按照铝板、铜板、波纹衬板3、铜板、铝板且一端对齐的顺序进行叠装、固定，形成叠装复合板坯4；
S2、粗轧：如图2所示，将叠装复合板坯4的对齐端送入平辊轧机5进行压下率为60％的单道次轧制，得到叠装复合板6；
S3、分离：将经过粗轧的叠装复合板6从波纹衬板3处进行分离，得到两块铜侧表面为波纹面、铝侧表面为平面的波纹复合板7；
S4、精轧：如图3所示，将分离得到的两块波纹复合板7按照铝侧平面对平面的方式进行叠装，并在两块波纹复合板7接触界面处涂抹隔离剂8——石墨，用钢丝对其捆绑固定得到叠装波纹复合板9，再将叠装波纹复合板9送入平辊轧机5中进行压下率为15％的单道次轧制，然后从隔离剂8界面处进行分离，得到两块上下表面为平面，结合界面为波纹的波纹界面复合板10，即波纹界面铜/铝复合板。铜/铝复合板的波纹界面形貌如图5所示，界面波纹为浅圆弧形，由图6的铜/铝复合板波谷位置界面形貌图中，可以看到，界面处结合良好；
S5、退火：将波纹界面铜/铝复合板置于真空加热炉内，抽真空，通入氩气或氮气等对其进行保护，在温度为300℃，保温时间为2h的条件下对其进行退火处理；
S6、精整：矫直、切边，制成成品。
实施例2
本实施例的一种波纹衬板轧制制备铜/铝复合板的方法，包括以下步骤：
S1、叠装制坯：如图1所示，选取两块1050铝板为基板1，尺寸为100mm×50mm×3mm，选取两块T2铜板为复板2，尺寸为100mm×50mm×2mm，以一块铝板、一块铜板为一组，然后用钢丝刷打磨机对铝板和铜板的待结合表面进行打磨处理，采用超声波、清洗，冷风机进行吹干。选取一块硬度为90～102HS的9CrV钢为波纹衬板3，尺寸为150mm×60mm×3mm，波纹截面形状为椭圆形，波纹深度为0.5mm，周期为2mm。按照铝板、铜板、波纹衬板3、铜板、铝板且一端对齐的顺序进行叠装、固定，形成叠装复合板坯4；
S2、粗轧：如图2所示，将叠装复合板坯4的对齐端送入平辊轧机5进行压下率为50％的单道次轧制，得到叠装复合板6；
S3、分离：将经过粗轧的叠装复合板6从波纹衬板3处进行分离，得到两块铜侧表面为波纹面、铝侧表面为平面的波纹复合板7；
S4、精轧：如图3所示，将分离得到的两块波纹复合板7按照铝侧平面对平面的方式进行叠装，并在两块波纹复合板7接触界面处涂抹隔离剂8——石墨，用钢丝对其捆绑固定得到叠装波纹复合板9，再将叠装波纹复合板9送入平辊轧机5中进行压下率为20％的单道次轧制，然后从隔离剂8界面处进行分离，得到两块上下表面为平面，结合界面为波纹的铜/铝复合板。
S5、退火：将波纹界面铜/铝复合板置于真空加热炉内，抽真空，通入氩气或氮气等对其进行保护，在温度为350℃，保温时间为0.5h的条件下对其进行退火处理；
S6、精整：矫直、切边，制成成品。
实施例3
本实施例的一种波纹衬板轧制制备铜/铝复合板的方法，包括以下步骤：
S1、叠装制坯：如图1所示，选取两块1060铝板为基板1，尺寸为100mm×50mm×2mm，选取两块T1铜板为复板2，尺寸为100mm×50mm×1mm，以一块铝板、一块铜板为一组，然后用钢丝刷打磨机对铝板和铜板的待结合表面进行打磨处理，采用超声波、清洗，冷风机进行吹干。选取一块硬度为90～102HS的9CrV钢为波纹衬板3，尺寸为150mm×60mm×5mm，波纹截面形状为圆弧形，波纹深度为0.1mm，周期为3mm。按照铝板、铜板、波纹衬板3、铜板、铝板且一端对齐的顺序进行叠装、固定，形成叠装复合板坯4；
S2、粗轧：如图2所示，将叠装复合板坯4的对齐端送入平辊轧机5进行压下率为60％的单道次轧制，得到叠装复合板6；
S3、分离：将经过粗轧的叠装复合板6从波纹衬板3处进行分离，得到两块铜侧表面为波纹面、铝侧表面为平面的波纹复合板7；
S4、精轧：如图4所示，将分离得到的两块波纹复合板7按照铜侧波峰对波谷、波谷对波峰的方式进行对扣叠装并在两块波纹复合板7接触界面处涂抹隔离剂8——石墨，用钢丝对其捆绑固定得到叠装波纹复合板9，再将叠装波纹复合板9送入平辊轧机5中进行压下率为15％的单道次轧制，然后从隔离剂8界面处进行分离，将分离得到的波纹复合板7再次送入平辊轧机5中进行压下率为10％的单道次轧制，得到2块上下表面为平面，结合界面为波纹的铜/铝复合板。
S5、退火：将波纹界面铜/铝复合板置于真空加热炉内，抽真空，通入氩气或氮气等对其进行保护，在温度为300℃，保温时间为2h的条件下对其进行退火处理；
S6、精整：矫直、切边，制成成品。
实施例4
本实施例的一种波纹衬板轧制制备钢/铝/铜复合板的方法，包括以下步骤：
S1、叠装制坯：选取两块尺寸为100mm×50mm×1mm的Q235钢板，选取两块尺寸为100mm×50mm×2mm的1060铝板，选取两块尺寸为100mm×50mm×2mm的T1铜板，以一块钢板、一块铝板、一块铜板为一组，然后用钢丝刷打磨机对钢板和铝板、铝板和铜板的待结合表面进行打磨处理，采用超声波、清洗，冷风机进行吹干。选取一块硬度为90～102HS的9CrV钢为波纹衬板，尺寸为150mm×60mm×5mm，波纹截面形状为椭圆形，波纹深度为0.5mm，周期为5mm。按照铜板-铝板-钢板-波纹衬板-钢板-铝-铜板且一端对齐的顺序进行叠装、固定，形成叠装复合板坯；
S2、粗轧：将叠装复合板坯的对齐端送入平辊轧机进行压下率为65％的单道次轧制，得到叠装复合板；
S3、分离：将经过粗轧的叠装复合板从波纹衬板处进行分离，得到两块钢侧表面为波纹面、铜侧表面为平面的波纹复合板；
S4、精轧：如图3所示，将分离得到的两块波纹复合板按照铜侧平面对平面的方式进行叠装，并在两块波纹复合板接触界面处涂抹隔离剂8——石墨，用钢丝对其捆绑固定得到叠装波纹复合板，再将叠装波纹复合板送入平辊轧机中进行压下率为10％的单道次轧制，然后从隔离剂界面处进行分离，得到两块上下表面为平面，结合界面为波纹的钢/铝/铜复合板。
S5、退火：将波纹界面铜/铝复合板置于真空加热炉内，抽真空，通入氩气或氮气等对其进行保护，在温度为350℃，保温时间为1h的条件下对其进行退火处理；
S6、精整：矫直、切边，制成成品。
实施例1-4所制备的铜/铝复合板和钢/铝/铜复合板均无明显翘曲，观察界面结合良好。对实施例1所制备的铜/铝复合板按GB/T 228-2002标准制样进行拉剪实验测试界面结合强度，其中铜/铝复合板横向剪切强度为91.6MPa。
对比例
本对比例与实施例1基本相同，其不同之处在于：1060铝板尺寸为100mm×50mm×2mm，T1铜板尺寸为100mm×50mm×8mm。对制得的金属复合板成品的界面形貌进行观察发现界面较平直，对对比例所制备的铜/铝复合板进行拉剪实验测试，其横向剪切强度为82.7MPa，低于实施例1的剪切强度，分析原因：对比例中由于波纹衬板的波纹深度远小于铜板的厚度，波纹渗透不到复合界面，使得所制备的铜/铝复合板界面为平面，而实施例1所制备的铜/铝复合板界面为圆弧形，波纹界面的引入可以增大复合板界面处的接触面积，提高界面结合强度。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1. 一种金属复合板的轧制工艺，其特征在于：工艺步骤为：在双面为波纹的波纹衬板上下表面分别叠装若干块待复合的金属基板，采用平辊轧机粗轧，粗轧后将叠装的金属复合板从波纹衬板处分离，得到两块波纹复合板，后将两块波纹复合板涂抹隔离剂后叠装，采用平辊轧机进行精轧，从隔离剂处分离得到两块波纹界面复合板，最后退火、精整得到金属复合板成品，其中，波纹衬板的材质为9CrV钢，硬度为90~102 HS，所述两块波纹复合板的叠装顺序以平面对平面的方式进行叠装，送入平辊轧机中进行单道次轧制，总压下率为10~35%。
2.根据权利要求1所述的一种金属复合板的轧制工艺，其特征在于：所述波纹衬板的波纹截面形状为圆弧形、椭圆形或正弦波形。
3.根据权利要求1所述的一种金属复合板的轧制工艺，其特征在于：波纹衬板的波纹深度为其上相邻金属基板厚度的1/20~1/2，波纹衬板的波纹周期是其波纹深度的1~10倍。
4.根据权利要求3所述的一种金属复合板的轧制工艺，其特征在于：所述金属基板为钢板、铜板、钛板、铝板中任意两种或两种以上。
5.根据权利要求4所述的一种金属复合板的轧制工艺，其特征在于：所述金属基板为铜板和铝板。
6.根据权利要求1~5任意一项所述的一种金属复合板的轧制工艺，其特征在于：由靠近波纹衬板表面的金属基板算起，金属基板按变形抗力由大至小叠装。
7.根据权利要求1所述的一种金属复合板的轧制工艺，其特征在于：所述粗轧工艺为单道次轧制，轧制压下量为45~65%。
8.根据权利要求1所述的一种金属复合板的轧制工艺，其特征在于：所述隔离剂为石墨。
9. 一种金属复合板的轧制工艺，其特征在于：工艺步骤为：在双面为波纹的波纹衬板上下表面分别叠装若干块待复合的金属基板，采用平辊轧机粗轧，粗轧后将叠装的金属复合板从波纹衬板处分离，得到两块波纹复合板，后将两块波纹复合板涂抹隔离剂后叠装，所述两块波纹复合板的叠装顺序以波峰对波谷、波谷对波峰的方式进行对扣叠装，送入平辊轧机中进行压下率为10~35%的单道次轧制，然后从隔离剂界面处进行分离，将分离得到的波纹复合板再次送入平辊轧机中进行压下率为10~35%的单道次或多道次轧制，得到波纹界面复合板，最后退火、精整得到金属复合板成品，其中，波纹衬板的材质为9CrV钢，硬度为90~102 HS。
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