CN115255600A - 一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法 - Google Patents
一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115255600A CN115255600A CN202211084883.XA CN202211084883A CN115255600A CN 115255600 A CN115255600 A CN 115255600A CN 202211084883 A CN202211084883 A CN 202211084883A CN 115255600 A CN115255600 A CN 115255600A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- copper
- iron
- plate
- composite board
- heat treatment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 125
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 97
- 239000002360 explosive Substances 0.000 title claims abstract description 79
- XJIIVPNKKQIVGX-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Cu].[Cu] Chemical compound [Fe].[Cu].[Cu] XJIIVPNKKQIVGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 21
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 69
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 57
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 37
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 84
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 83
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 64
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 63
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 61
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 53
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims description 34
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 29
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 27
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 21
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 17
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 14
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 12
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 11
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 10
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 9
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims description 8
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 8
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- QRJOYPHTNNOAOJ-UHFFFAOYSA-N copper gold Chemical compound [Cu].[Au] QRJOYPHTNNOAOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 2
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 claims 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 abstract description 5
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 6
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- IYRDVAUFQZOLSB-UHFFFAOYSA-N copper iron Chemical compound [Fe].[Cu] IYRDVAUFQZOLSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 2
- 229910000943 NiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/06—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of high energy impulses, e.g. magnetic energy
- B23K20/08—Explosive welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/22—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/24—Preliminary treatment
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
本发明涉及一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法；属于金属复合材料制备技术领域。本发明首次提出来通过选择合适的铜合金和铁合金利用前期适当参数的固溶处理配合爆炸焊接和后续适当参数的时效处理，得到了力学性能极为优越尤其是界面接剪切强度极高的成品。本发明焊接工艺窗口大、成品率高，所得复合板材残余应力低、强度高，便于规模化生产和应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法；属于金属复合材料制备技术领域。
背景技术
铜合金具有高导热、耐磨耐腐蚀性及优异的力学性能等优点，被广泛用于国防航空、汽车电子及石油化工等领域，但其高昂的价格使其在诸多应用场景受到限制。科学技术的发展牵引着金属材料向着功能化、复合化及低成本发展，铜合金板材也出现了Cu/Al、Cu/Ni、Cu/Ti等多种形式的复合板材。目前，常见的复合板材制备方法有爆炸复合法、轧制复合法、挤压轧制法等。由于铜基复合板具有较高的加工温度和较大的变形抗力，使得通过压力加工制备良好结合界面的铜基复合板具有较大难度，因此爆炸复合法是目前较为理想的大规格铜基复合板的制备方案。
尽管很多复合板材降低了铜合金板材的使用量，但却面临Cu/Al复合板材的强度远低于铜合金板材，Cu/Ni、Cu/Ti复合板材的原材料价格同样高昂等不足。且由于以上复合板材中异种金属的时效热处理制度差距较大，复合板材制备完毕后，通过后续热处理实现板材性能的调控极为困难。若先进行固溶时效热处理，则会导致可焊性窗口减小及热影响区析出相粗大等问题，严重影响焊接的结合率。铁及其合金是目前使用最为广泛的金属材料，具有价格低廉、力学性能优异的特点。目前，铜铁复合材料中，最常用的铁基合金为不锈钢，但是通常不锈钢板材的变形抗力大，爆炸焊接时对爆炸的所需求量大，也就导致爆炸焊接过程可控性较差，且爆炸焊接窗口小，焊接的复合板材难以通过后续热处理现实性能调控。因此，设计具有相似热处理制度的铜合金和铁合金板材，制备高强度的铜/铁/铜三层复合板，对推动低成本铜合金复合板的大规模多场景应用具有重要的工业价值。
发明内容
针对现有技术中铜基复合板强度低、不能热处理强化、焊接窗口小的缺点，本发明首次提出来通过选择合适的铜合金和铁合金利用前期适当参数的固溶处理配合爆炸焊接和后续适当参数的时效处理，得到了力学性能极为优越尤其是界面接剪切强度极高的成品。
本发明提供了一种价格低廉可通过热处理强化提高力学性能的铜/铁/铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法。本方法实现了热处理过程和爆炸焊接过程的结合，得到的复合板材成品率高，力学性能可控，且界面结合强度极为优越。
本发明提供一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，包括下述步骤：选取可热处理强化的且热处理温度区间存在部分或全部重合的铁、铜合金板作为原料，爆炸焊接前通过固溶热处理固溶异类原子且软化合金板材，分别得到固溶处理后的铁板和铜板；通过两次爆炸焊接制备铜/铁/铜三层复合板；复合板材后续进一步时效热处理，以去除残余应力、增强尺寸稳定性并提升合金强度，得到成品。本发明实现了力学性能优异的复合板材制备。
本发明中，爆炸焊接前通过高温热处理实现两种合金板材中溶质原子的固溶，达到降低合金板材变形抗力，提高塑性的目的。本发明在爆炸成形后进行适当参数的时效处理，不仅消除了爆炸焊接过程的产生的残余应力，同时还显著提升了复合板材的力学性能，尤其是产品的抗拉强度和界面剪切强度得到显著的提升。
本发明提供一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、选用可时效热处理且且固溶热处理温度区间存在部分或全部重合的铁、铜合金板作为原料；
步骤二、爆炸焊接前，分别将两种合金板材进行固溶热处理；使得异类原子固溶且合金板软化，得到固溶处理后的铁板和铜板；
步骤三、保温结束后，打磨板材表面氧化层，并通过机械抛光降低表面粗糙度，直至表面粗糙度Ra≤2.5μm；
步骤四、以平整的土坑为爆炸焊接场地，将铁合金板水平放置在砧板上作为基板；铁合金板四角放置等高的铝合金间隙柱，再水平放置铜合金板作为复板；铜合金板上方放置缓冲层及膨化硝铵炸药，通过爆炸焊接实现铜/铁板材复合；
步骤五、打磨铜/铁复合板表面，将所得铜/铁复合板水平放置在砧板上作为基板；铜/铁复合板四角放置等高的铝合金间隙柱，再水平放置铜合金板作为复板；铜合金板上方放置缓冲层及膨化硝铵炸药，通过爆炸焊接得到铜/铁/铜爆炸焊接板；
步骤六、焊接结束后，将复合板材在热处理炉中进行时效热处理；
步骤七、时效结束后，打磨复合板表面。
作为优选，本发明一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，铁合金以质量百分比计包括下述组分：
Cu 1-2％、Ni1-4％、Al 1-2％、余量为Fe和不可避免杂质；
铜金以质量百分比计包括下述组分：
Ti 1-5％、Ni0.5-1％、Si0.2-0.5％、余量为Cu和不可避免杂质。
作为进一步的优选，本发明一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，铁合金以质量百分比计包括下述组分：
Cu 1-1.5％、Ni2-3％、Al 1-1.5％、余量为Fe和不可避免杂质；
铜合金以质量百分比计包括下述组分：
Ti 2.5-4％、Ni0.5-1％、Si0.2-0.5％、余量为Cu和不可避免杂质。
合金元素超过此区间时，在850～950℃、优选为875～925℃区间内固溶热处理过程中固溶不完全，原材料板材无法实现充分软化；低于此成分区间时，爆炸焊接后的复合板时效强化效果较弱，复合板材力学性能较低。
作为优选方案，本发明一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，所述的原料合金板的规格为(厚×宽×长)：(5～20)×(400～1000)×(800～2000)mm，进一步优选为铜合金厚度5～10mm，铁合金厚度15～20mm。
作为优选方案，本发明膨化硝铵炸药的布药厚度通过
计算而得，其中mf、a0和b0分别为铜板质量(g/cm3)、长度(cm)及宽度(cm)。
作为优选方案，本发明一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，所述的固溶热处理温度为850～950℃，保温时间为2～6h，优选为875～925℃、更进一步优选为910～925℃保温4～6h。保温温度较低、保温时间较短时，溶质原子固溶不充分；保温温度过高、保温时间过长时，板材氧化严重，损耗增大。
作为优选方案，本发明一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，所述的时效热处理温度为450～550℃，热处理时间为2～6h，优选为475～525℃、进一步优选为505～525℃保温4～6h。热处理温度较低、时间较短时，合金未达到最佳峰值时效，复合板材强度较低；保温温度过高、保温时间过长时，析出相粗化较快，复合板材的力学性能下降。
本发明一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，当铁合金以质量百分比计包括下述组分：Cu 1-2％、Ni1-4％、Al 1-2％、余量为Fe和不可避免杂质；铜金以质量百分比计包括下述组分：Ti 1-5％、Ni0.5-1％、Si0.2-0.5％、余量为Cu和不可避免杂质时，控制固溶热处理温度为850～950℃，保温时间为2～6h，控制时效热处理温度为450～550℃，热处理时间为2～6h；所得三层爆炸焊接复合板抗拉强度≥600MPa，界面剪切强度≥250MPa，焊接复合板材层间结合率≥98％。
本发明经优化后，当铁合金以质量百分比计包括下述组分：Cu 1.4-1.6％、Ni2.5-3.5％、Al 1.4-21.6％、余量为Fe和不可避免杂质；铜金以质量百分比计包括下述组分：Ti3-5％、Ni0.5-1％、Si0.2-0.5％、余量为Cu和不可避免杂质时，控制固溶热处理温度为910～930℃，保温时间为3～5h，控制时效热处理温度为405～515℃，热处理时间为3～5h；所得三层爆炸焊接复合板抗拉强度≥650MPa，界面剪切强度≥300MPa，焊接复合板材层间结合率≥98％。
本发明具有的优点或有益效果：
本发明中选用合适的铁合金和铜合金作为原料制备铜/铁/铜三层复合板。铁合金板材价格低廉，性能优异，可显著降低复合板成本。三层复合板以铁合金作为中间层，有效避免了使用过程中铁的腐蚀及氧化。基于铜-铁二元相图所提供的原理，铜和铁之间不形成金属间化合物，经保证了高温爆炸焊接以及热处理后，界面处无金属间相，结合干净良好，性能优异。
本发明所选用的铜合金和铁合金均为可热处理强化合金且具有相似的热处理制度。用于爆炸焊接的板材通常为轧制板材，板材本身加工硬化程度高，变形能力差，爆炸焊接工艺窗口小，废品率高。爆炸焊接前通过适当参数的固溶热处理，既实现了异类原子的固溶，也增加了板材塑性，提高了爆炸焊接的界面结合率。
本发明对爆炸焊接后的三层复合板进行时效热处理。一方面，爆炸焊接后的板材存在较大残余应力，严重损害其尺寸稳定性及耐蚀性能，通过时效处理可显著降低复合板材残余应力。另一方面本发明选用的铜合金和铁合金在该热处理温度范围内可分别析出Cu4Ti及NiAl、富Cu相等，其峰值时效时间分别为2～6h及2～60h，两者时效热处理制度存在交集，使得复合板材的整体性能可通过热处理调控。
附图说明
图1为实施例制备的复合板材示意图及金相界面图。
具体实施方式
实施例1
选用成分为Fe-1wt％Cu-2.5wt％Ni-1wt％Al的铁合金板材以及成分为Cu-2wt％Ti-0.5wt.％Ni-0.2wt.％Si的铜合金板材作为原料，合金板材尺寸规格分别为15mm×600mm×1200mm(铁板)及5mm×600mm×1200mm(铜板)；爆炸焊接前，在氮气气氛保护下将铜合金板材和铁合金板材同时置于880℃热处理炉中保温3h；保温结束后，打磨板材表面氧化层，并通过机械抛光降低表面粗糙度，直至表面粗糙度Ra≤2.5μm；以平整的土坑为爆炸焊接场地，将铁合金板材水平放置在砧板上作为基板；铁合金板四角放置等高的铝合金间隙柱，再水平放置铜合金板作为复板，板材间距为0.3cm；铜合金板上方放置缓冲层及膨化硝铵炸药，布药厚度为0.4cm，通过爆炸焊接实现铜/铁板材复合；打磨铜/铁合金复合板表面，以铜/铁合金复合板为基板、铜合金板为复板进行二次爆炸焊接，爆炸焊接参数与第一次相同；焊接结束后，将板材在热处理炉中进行时效热处理，时效制度为480℃/2h；时效结束后打磨复合板表面，获得铜铁铜三层复合板。该工艺生产的三层复合板抗拉强度为624±12MPa，界面剪切强度为273±8MPa，焊接复合板材层间结合率为99.2％。
实施例2
选用成分为Fe-1.5wt％Cu-3wt％Ni-1.5wt％Al的铁合金板材以及成分为Cu-4wt％Ti-0.8wt.％Ni-0.4wt.％Si的铜合金板材作为原料，合金板尺寸规格分别为20mm×800mm×1600mm(铁板)及8mm×800mm×1600mm(铜板)；爆炸焊接前，在氮气气氛保护下将铜合金板材及铁合金板材同时置于920℃热处理炉中保温4h；保温结束后，打磨板材表面氧化层，并通过机械抛光降低表面粗糙度，直至表面粗糙度Ra≤2.5μm；以平整的土坑为爆炸复合场地，将铁合金板材水平放置在砧板上作为基板；铁合金板四角放置等高的铝合金间隙柱，再水平放置铜合金板作为复板，板材间距为0.4cm；铜合金板上方放置缓冲层及膨化硝铵炸药，布药厚度为0.4cm，通过爆炸焊接实现铜/铁板材复合；打磨铜/铁合金复合板表面，以铜/铁合金复合板为基板、铜合金板为复板进行二次爆炸焊接，爆炸焊接参数与第一次相同；焊接结束后，将板材在热处理炉中进行时效热处理，时效制度为510℃/4h；时效结束后，打磨复合板表面，获得铜/铁/铜三层复合板。该工艺生产的三层复合板抗拉强度为695±17MPa，界面剪切强度为332±7MPa，焊接复合板材层间结合率为98.6％。
实施例3
本实施例板材成分及规格与实施例2相同。爆炸焊接前，在氮气气氛保护下将铜合金板材及铁合金板材同时置于850℃热处理炉中保温4h；保温结束后，打磨板材表面氧化层，并通过机械抛光降低表面粗糙度，直至表面粗糙度Ra≤2.5μm；以平整的土坑为爆炸复合场地，将铁合金板材水平放置在砧板上作为基板；铁合金板四角放置等高的铝合金间隙柱，再水平放置铜合金板作为复板，板材间距为0.4cm；铜合金板上方放置缓冲层及膨化硝铵炸药，布药厚度为0.4cm，通过爆炸焊接实现铜/铁板材复合；打磨铜/铁合金复合板表面，以铜/铁合金复合板为基板、铜合金板为复板进行二次爆炸焊接，爆炸焊接参数与第一次相同；焊接结束后，将板材在热处理炉中进行时效热处理，时效制度为510℃/4h；时效结束后，打磨复合板表面，获得铜/铁/铜三层复合板。该工艺生产的三层复合板抗拉强度为669±9MPa，界面剪切强度为306±4MPa，焊接复合板材层间结合率为98.2％。
实施例4
本实施例板材成分及规格与实施例2相同。爆炸焊接前，在氮气气氛保护下将铜合金板材及铁合金板材同时置于920℃热处理炉中保温4h；保温结束后，打磨板材表面氧化层，并通过机械抛光降低表面粗糙度，直至表面粗糙度Ra≤2.5μm；以平整的土坑为爆炸复合场地，将铁合金板材水平放置在砧板上作为基板；铁合金板四角放置等高的铝合金间隙柱，再水平放置铜合金板作为复板，板材间距为0.4cm；铜合金板上方放置缓冲层及膨化硝铵炸药，布药厚度为0.4cm，通过爆炸焊接实现铜/铁板材复合；打磨铜/铁合金复合板表面，以铜/铁合金复合板为基板、铜合金板为复板进行二次爆炸焊接，爆炸焊接参数与第一次相同；焊接结束后，将板材在热处理炉中进行时效热处理，时效制度为450℃/4h；时效结束后，打磨复合板表面，获得铜/铁/铜三层复合板。该工艺生产的三层复合板抗拉强度为598±14MPa，界面剪切强度为284±8MPa，焊接复合板材层间结合率为98.6％。
对比例1
该对比例所使用的铁合金板材及铜合金板材的成分与规格与实施例1相同。未经高温保温处理的板材打磨表面氧化层，并通过机械抛光降低表面粗糙度，直至表面粗糙度Ra≤2.5μm；以平整的土坑为爆炸焊接场地，将铁合金板水平放置在砧板上作为基板；铁合金板四角放置等高的铝合金间隙柱，再水平放置铜合金板作为复板，板材间距为0.3cm；铜合金板上方放置缓冲层及膨化硝铵炸药，布药厚度为0.4cm，进行爆炸焊接。由于合金板材未经固溶处理，加工硬化较大的变形抗力使得板材爆炸焊接窗口小；相同工艺下铜合金板材破碎，焊接失败。
对比例2
该对比例所使用的铁合金板材及铜合金板材的成分与规格与实施例1相同。爆炸焊接前，在氮气气氛保护下将铜合金板材和铁合金板同时置于880℃高温炉中保温3h；保温结束后，打磨板材表面氧化层，并通过机械抛光降低表面粗糙度，直至表面粗糙度Ra≤2.5μm；以平整的土坑为爆炸焊接场地，将铁合金板水平放置在砧板上作为基板；铁合金板四角放置等高的铝合金间隙柱，再水平放置铜合金板作为复板，板材间距为0.3cm；铜合金板上方放置缓冲层及膨化硝铵炸药，布药厚度为0.4cm，通过爆炸焊接实现铜/铁板材复合；打磨铜/铁合金复合板表面，以铜/铁合金复合板为基板、铜合金板为复板进行二次爆炸焊接，第二次爆炸焊接参数与第一次相同；焊接结束后，未经时效热处理，直接打磨复合板表面。该工艺生产的三层复合板抗拉强度为375±11MPa，界面剪切强度为173±6MPa，焊接复合板材层间结合率为99.2％，力学性能未能满足性能要求。
对比例3
选用成分为Fe-2wt％Cu-3wt％Ni-2wt％Al的铁合金板材以及成分为Cu-4wt％Ti-1wt.％Ni-0.5wt.％Si的铜合金板材作为原料，合金板尺寸规格分别为18mm×750mm×1500mm(铁板)及7mm×750mm×1500mm(铜板)；爆炸焊接前，在氮气气氛保护下将铜合金板材及铁合金板材同时置于1000℃热处理炉中保温8h；保温结束后，合金板表面较实施例氧化严重，打磨板材表面氧化层，并通过机械抛光降低表面粗糙度，直至表面粗糙度Ra≤2.5μm，此时铁板厚度仅为14mm、铜板厚度为5mm；以平整的土坑为爆炸复合场地，将铁合金板材水平放置在砧板上作为基板；铁合金板四角放置等高的铝合金间隙柱，再水平放置铜合金板作为复板，板材间距为0.3cm；铜合金板上方放置缓冲层及膨化硝铵炸药，布药厚度为0.4cm，通过爆炸焊接实现铜/铁板材复合；打磨铜/铁合金复合板表面，以铜/铁合金复合板为基板、铜合金板为复板进行二次爆炸焊接，爆炸焊接参数与第一次相同；焊接结束后，将板材在热处理炉中进行时效热处理，时效制度为400℃/6h；时效结束后，打磨复合板表面，获得铜/铁/铜三层复合板。该工艺生产的三层复合板抗拉强度为523±17MPa，界面剪切强度为227±7MPa，焊接复合板材层间结合率为98.6％。该对比例能源损耗大、板材折损率高、力学性能较差，不满足生产要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例，在不脱离本工艺创新原理的前提下，凡是利用本发明说明书内容所作的等效工艺变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均视为本发明的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，其特征在于：选取可时效热处理且固溶热处理温度区间存在部分或全部重合的铁、铜合金板作为原料，爆炸焊接前通过固溶热处理固溶异类原子且软化合金板材，分别得到固溶处理后的铁板和铜板；通过两次爆炸焊接制备铜/铁/铜三层复合板；复合板材后续进一步时效热处理，得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、选用可时效热处理且且固溶热处理温度区间存在部分或全部重合的铁、铜合金板作为原料；
步骤二、爆炸焊接前，分别将两种合金板材进行固溶热处理；使得异类原子固溶且合金板软化，得到固溶处理后的铁板和铜板；
步骤三、保温结束后，打磨板材表面氧化层，并通过机械抛光降低表面粗糙度，直至表面粗糙度Ra≤2.5μm；
步骤四、以平整的土坑为爆炸焊接场地，将铁合金板水平放置在砧板上作为基板；铁合金板四角放置等高的铝合金间隙柱，再水平放置铜合金板作为复板；铜合金板上方放置缓冲层及铵油炸药，通过爆炸焊接实现铜/铁板材复合；
步骤五、打磨铜/铁复合板表面，将所得铜/铁复合板水平放置在砧板上作为基板；铜/铁复合板四角放置等高的铝合金间隙柱，再水平放置铜合金板作为复板；铜合金板上方放置缓冲层及铵油炸药，通过爆炸焊接得到铜/铁/铜爆炸焊接板；
步骤六、焊接结束后，将复合板材在热处理炉中进行时效热处理；
步骤七、时效结束后，打磨复合板表面。
3.根据权利要求2所述的一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，其特征在于：
铁合金以质量百分比计包括下述组分：
Cu 1-2％、Ni1-4％、Al 1-2％、余量为Fe和不可避免杂质；
铜金以质量百分比计包括下述组分：
Ti 1-5％、余量为Cu和不可避免杂质。
4.根据权利要求3所述的一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，其特征在于：
铁合金以质量百分比计包括下述组分：
Cu 1-1.5％、Ni2-3％、Al 1-1.5％、余量为Fe和不可避免杂质；
铜金以质量百分比计包括下述组分：
Ti 2.5-4％、余量为Cu和不可避免杂质。
5.根据权利要求2所述的一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，其特征在于：步骤一中合金板的规格为：
厚5～20mm、宽400～1000mm、长800～2000mm。
6.根据权利要求3所述的一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，其特征在于：步骤二中固溶热处理温度为850～950℃，保温时间为2～6h。
7.根据权利要求6所述的一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，其特征在于：步骤二中固溶热处理温度为875～925℃，保温时间为4～6h。
8.根据权利要求3所述的一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，其特征在于：步骤六中时效热处理温度为450～550℃，保温时间为2～6h。
9.根据权利要求8所述的一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，其特征在于：步骤六中时效热处理温度为475～525℃，保温时间为4～6h。
10.根据权利要求3所述的一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法，其特征在于：所得三层复合板抗拉强度≥600MPa，界面剪切强度≥250MPa，焊接复合板材层间结合率≥98％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211084883.XA CN115255600B (zh) | 2022-09-06 | 2022-09-06 | 一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211084883.XA CN115255600B (zh) | 2022-09-06 | 2022-09-06 | 一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115255600A true CN115255600A (zh) | 2022-11-01 |
| CN115255600B CN115255600B (zh) | 2024-04-16 |
Family
ID=83756316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211084883.XA Active CN115255600B (zh) | 2022-09-06 | 2022-09-06 | 一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115255600B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117505580A (zh) * | 2023-11-01 | 2024-02-06 | 湖南方恒新材料技术股份有限公司 | 一种铜/铝侧面复合带材的制备方法 |
| CN117505580B (zh) * | 2023-11-01 | 2024-05-31 | 湖南方恒新材料技术股份有限公司 | 一种铜/铝侧面复合带材的制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06269961A (ja) * | 1993-03-19 | 1994-09-27 | Yamaki Kogyo Kk | 複合材の製造方法 |
| CN1184621A (zh) * | 1993-03-04 | 1998-06-17 | 西北有色金属研究院 | 双金属复合材料锅的制造 |
| CN101992345A (zh) * | 2010-08-26 | 2011-03-30 | 中国兵器工业第五二研究所 | 铝合金与镁合金叠层板复合制备方法 |
| CN106271018A (zh) * | 2016-09-06 | 2017-01-04 | 西安交通大学 | 一种可提高大厚度高强度合金爆炸焊接可焊性的方法 |
| CN108909087A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-11-30 | 如皋市福锴金属制品有限公司 | 一种高稳定性的复合金属材料及其制备方法 |
| CN114147338A (zh) * | 2021-12-11 | 2022-03-08 | 宝鸡市钛程金属复合材料有限公司 | 一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板爆炸焊接制备方法 |
-
2022
- 2022-09-06 CN CN202211084883.XA patent/CN115255600B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1184621A (zh) * | 1993-03-04 | 1998-06-17 | 西北有色金属研究院 | 双金属复合材料锅的制造 |
| JPH06269961A (ja) * | 1993-03-19 | 1994-09-27 | Yamaki Kogyo Kk | 複合材の製造方法 |
| CN101992345A (zh) * | 2010-08-26 | 2011-03-30 | 中国兵器工业第五二研究所 | 铝合金与镁合金叠层板复合制备方法 |
| CN106271018A (zh) * | 2016-09-06 | 2017-01-04 | 西安交通大学 | 一种可提高大厚度高强度合金爆炸焊接可焊性的方法 |
| CN108909087A (zh) * | 2018-07-05 | 2018-11-30 | 如皋市福锴金属制品有限公司 | 一种高稳定性的复合金属材料及其制备方法 |
| CN114147338A (zh) * | 2021-12-11 | 2022-03-08 | 宝鸡市钛程金属复合材料有限公司 | 一种钛钢2205双相不锈钢三层复合板爆炸焊接制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 杨勇等: "热处理对冷轧爆炸复合Cu/Al薄板组织、力学性能及电导率的影响", 《湖南有色金属》, vol. 36, no. 3, pages 40 - 45 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117505580A (zh) * | 2023-11-01 | 2024-02-06 | 湖南方恒新材料技术股份有限公司 | 一种铜/铝侧面复合带材的制备方法 |
| CN117505580B (zh) * | 2023-11-01 | 2024-05-31 | 湖南方恒新材料技术股份有限公司 | 一种铜/铝侧面复合带材的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115255600B (zh) | 2024-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107847993B (zh) | 热轧用钛坯料 | |
| JP6743282B2 (ja) | 複合防護用鋼板及びその製造方法 | |
| CN108000060B (zh) | 一种多尺度析出异构铝合金棒材的制备方法 | |
| CN108995323B (zh) | 一种三代核电站高剪切强度特厚复合钢板及其制造方法 | |
| JPH02175816A (ja) | 熱間圧延鋼又は厚板の製造方法 | |
| CN110423949A (zh) | 一种表面无起皮缺陷的含铜钢及生产方法 | |
| CN111349859B (zh) | 一种复合坯轧制大厚度500MPa级高Z向层状性能低温容器钢板及其制造方法 | |
| CN114082982A (zh) | 一种高强韧叠层异构钢板的制备方法 | |
| CN114875339A (zh) | 一种短流程低能耗高抗拉强度的低密度冷轧薄钢带及其制造方法 | |
| CN114101556B (zh) | 一种短流程制备tb8钛合金薄板的加工方法 | |
| CN1238548C (zh) | 一种屈服强度460MPa级低合金高强度结构钢板材的制造方法 | |
| CN115255600B (zh) | 一种高强铜铁铜三层爆炸焊接复合板材的制备方法 | |
| CN110863147B (zh) | 一种用于矿井环境服役的q690耐蚀钢及其制备方法 | |
| CN113088817A (zh) | 无缝钢管及其制备方法、油缸 | |
| CN112296086B (zh) | 一种制备高结合强度铜铬系复合材料的累积叠轧方法 | |
| CN108517463B (zh) | 一种高延展性的fh500级船板钢及其制备方法 | |
| CN113579558A (zh) | 一种核级镍铬铁合金焊芯及其制造方法 | |
| CN114713796B (zh) | 热轧粉末高速钢及其制备方法 | |
| CN116175099A (zh) | 一种耐腐蚀模具用特厚模块钢的生产方法 | |
| CN113814602B (zh) | 一种硬质合金钎焊用三明治复合钎料的生产方法及专用设备 | |
| CN112322987B (zh) | 一种电弧增材制造用超高强钢丝材及制备方法 | |
| CN115625222A (zh) | 一种碳钢铁素体不锈钢轧制复合板及其制造方法和应用 | |
| CN114855085A (zh) | 一种船用低温l型钢及其焊接工艺 | |
| JP6743179B2 (ja) | 冷間曲げ加工性能が優れた防護用鋼板及びその製造方法 | |
| CN113631316A (zh) | 多工艺合金包覆 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |