CN117139371A - 一种钢/铝合金层状金属复合板轧制成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属层状复合板制备技术领域，具体涉及一种钢/铝合金层状金属复合板轧制成形方法，包括以下步骤：S1，坯料准备；S2，组坯；S3，加热：将步骤S2中制备的钢/铝合金组坯在保护气氛或真空环境加热，加热温度大于500℃且小于可热处理强化铝合金板的熔点；S4，轧制；S5，微小压下电场辅助整平；S6，预应力淬火处理；S7，时效处理。本发明组坯的加热温度大于500℃且小于可热处理强化铝合金板的熔点，此温度区间可以增大铝合金和钢之间的变形抗力差异，减小铝合金变形引起的钢基体弯曲，从而制备出平直的钢/铝合金层状金属复合板。
Description
技术领域
本发明属于金属层状复合板制备技术领域，具体涉及一种钢/铝合金层状金属复合板轧制成形方法。
背景技术
可热处理强化铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段提升机械性能，包括2系、6系和7系铝合金。此种铝合金因具有较高的强度，兼具轻质、耐蚀性高等性能优点，在建筑、运输、电子、航空、航天、兵器等领域广泛应用，取得了良好的经济效益。随着各行业的快速发展，单一的可热处理强化铝合金不能满足人们对材料综合性能的需求，以可热处理强化铝合金为组元的层状金属复合板应运而生。其中，以可热处理强化铝合金和钢为基材所制备的钢/铝合金层状金属复合板因兼具可热处理强化铝合金和钢的优异性能，在航空航天、轨道交通、船舶、新能源汽车等领域有着广阔的应用前景。
目前，钢/铝合金层状金属复合板的制备方法主要有爆炸复合法、铸轧复合法、钎焊复合法和轧制复合法等。爆炸复合法因工艺原因，无法实现钢和铝合金直接高强度爆炸复合，需要在中间加纯铝等材料；钎焊复合法在制备厚规格钢/铝复合板方面有应用，但在钢-铝接触面较大时，熔化后的钎料无法完全填充焊接板材的间隙，造成界面存在缺陷，结合强度较低；铸轧复合法制备钢/铝合金层状金属复合板目前主要集中在5mm以下，且铝通常采用工业纯铝、3系或4系铝合金；相较于上述几种工艺，轧制复合法具有板材尺寸精度高、层厚比均匀、产品规格多、结合性能良好、界面性能均匀、可以连续化生产等优点，已成为钢/铝合金层状金属复合板制备的主要趋势。轧制复合法通常分为冷轧复合法和热轧复合法。采用冷轧复合法制备钢/铝合金层状金属复合板时需要较大的压下率才能实现界面有效结合，考虑2系、6系和7系铝合金的强度及塑性，冷轧复合法不具备优势。热轧复合法可以实现小压下量制备钢/铝合金层状金属复合板，然而因需要对组元金属加热，导致可热处理强化铝合金的强化相被破环，轧制复合后的钢/铝合金层状金属复合板的铝基体强度低、界面结合性能差。为此，亟需研发新的钢/铝合金制备工艺，在兼顾组元金属性能的基础上实现可热处理强化铝合金与钢之间的高强度结合。
发明内容
本发明为了解决钢/铝合金层状金属复合板制备过程中出现的组元金属强度低、界面结合性能差等问题，提出了一种钢/铝合金层状金属复合板轧制成形方法，在兼顾组元金属性能的基础上实现可热处理强化铝合金与钢之间的高强度结合。
为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：
一种钢/铝合金层状金属复合板轧制成形方法，包括以下步骤：
S1，坯料准备：准备长和宽尺寸相同的钢板和可热处理强化铝合金板，除去钢板和可热处理强化铝合金板表面的油污和氧化膜，并烘干，将钢板和可热处理强化铝合金板的待复合表面打磨粗糙，然后静置；
S2，组坯：将步骤S1中处理后的钢板和可热处理强化铝合金板对齐叠放在一起，并且使待复合面相接触，利用铝丝将钢板和可热处理强化铝合金板的一端绑定，获得钢/铝合金组坯；
S3，加热：将步骤S2中制备的钢/铝合金组坯在保护气氛或真空环境中加热，加热温度大于500℃且小于可热处理强化铝合金板的熔点；
S4，轧制：利用普通二辊平轧机对步骤S3加热后的钢/铝合金组坯进行轧制，轧制压下率30～50％，然后切头、切边和去尾，制备出钢/铝合金层状金属复合板；
S5，微小压下电场辅助整平：通过带有脉冲电源的整平机对步骤S4中得到的钢/铝合金层状金属复合板进行整平，整平过程中利用电流产生的焦耳热对钢/铝合金层状金属复合板进行补热，消除微裂纹缺陷，得到整平后的钢/铝合金层状金属复合板；
S6，预应力淬火处理：将步骤S5中整平后的钢/铝合金层状金属复合板在带有预压力的淬火设备中进行预压力淬火处理，设备预压力为2～10MPa，温降速率大于90℃/s，获得淬火后的钢/铝合金层状金属复合板；
S7，时效处理：将步骤S6中淬火后的钢/铝合金层状金属复合板放置在保温炉中进行低温时效处理，获得最终态的钢/铝合金层状金属复合板。
进一步，所述步骤S1中的钢板为普通碳钢或不锈钢中的任意一种；所述可热处理强化铝合金板为2系铝合金、6系铝合金或7系铝合金中的任意一种。
再进一步，所述步骤S5中的整平机的整平方式为同步整平或异步整平，整平过程中压下率小于5％，所述脉冲电源的电压为120～380V，频率为300～600Hz，利用电流产生的焦耳热温度为510～570℃。
更进一步，所述步骤S7中低温时效处理的温度为120～190℃，放置时间为4～12h。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
本发明组坯的加热温度大于500℃且小于可热处理强化铝合金板的熔点，此温度区间可以增大铝合金和钢之间的变形抗力差异，减小铝合金变形引起的钢基体弯曲，从而制备出平直的钢/铝合金层状金属复合板；轧制复合时钢板侧待复合面极硬，铝合金侧待复合面极软，构件金属之间的变形抗力差异较大，轧制过程中更易实现钢铝界面有效结合；轧制后再进行微小压下电场辅助整平，可以消除复合板的残余应力、消除微裂纹缺陷；预应力淬火可防止因淬火而导致复合板界面开裂失效，进而在降低钢/铝合金层状金属复合板残余应力的同时保护界面结合性能；最后利用低温时效处理增强铝基体的性能并提高界面结合性能；
本发明所述的方法，需要的设备简单，可以根据产品规格进行设计，尺寸规格更为多样化，可以进行大规模的生产。
附图说明
图1为本发明的轧制流程图；
图中，可热处理强化铝合金板—1，钢板—2，钢/铝合金组坯—3，真空加热炉—4，普通二辊平轧机—5，钢/铝合金层状金属复合板—6，脉冲电源—7，导电辊—8，整平机—9，淬火设备—10，保温炉—11。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种钢/铝合金层状金属复合板轧制成形方法，用于制备314/6013层状金属复合板，包括以下步骤：
S1，坯料准备：准备长×宽×高为160mm×80mm×8mm、材质为6013的可热处理强化铝合金板1，清除可热处理强化铝合金板1待复合面的油污和氧化膜，用丙酮和酒精将可热处理强化铝合金板1的待复合面清洗干净，然后用钢丝刷对可热处理强化铝合金板1的待复合面进行打磨，静置烘干；准备长×宽×高为160mm×80mm×5mm、材质为314的钢板2，清除钢板2待复合面的油污和氧化膜，用丙酮和酒精将钢板2的待复合面清洗干净，然后用红叶砂轮对钢板2的待复合面进行打磨，静置烘干；
S2，组坯：将步骤S1中处理后的钢板2和可热处理强化铝合金板1对齐叠放在一起，并且使待复合面相接触，利用铝丝将钢板2和可热处理强化铝合金板1的一端绑定，获得钢/铝合金组坯3；
S3，加热：将步骤S2中制备的钢/铝合金组坯3在真空加热炉4中加热到550℃；
S4，轧制：利用普通二辊平轧机5对步骤S3加热后的钢/铝合金组坯3进行轧制，轧制压下率30％，然后切头、切边和去尾，制备出钢/铝合金层状金属复合板6；
S5，微小压下电场辅助整平：通过带有脉冲电源7的整平机9对步骤S4中得到的钢/铝合金层状金属复合板6进行同步整平，整平过程中利用电流产生的焦耳热对钢/铝合金层状金属复合板6进行补热，消除微裂纹缺陷，得到整平后的钢/铝合金层状金属复合板6，整平过程中压下率小于5％，脉冲电源7的电压为120V，频率为600Hz，利用电流产生的焦耳热温度为570℃；
S6，预应力淬火处理：将步骤S5中整平后的钢/铝合金层状金属复合板6在带有预压力的淬火设备10中进行预压力淬火处理，设备预压力为2MPa，温降速率大于90℃/s，获得淬火后的钢/铝合金层状金属复合板6；
S7，时效处理：将步骤S6中淬火后的钢/铝合金层状金属复合板6放置在190℃的保温炉11中静置4h，获得最终态的钢/铝合金层状金属复合板6。
实施例2
一种钢/铝合金层状金属复合板轧制成形方法，用于制备Q235B/2036层状金属复合板，包括以下步骤：
S1，坯料准备：准备长×宽×高为400mm×150mm×6mm、材质为2036的可热处理强化铝合金板1，清除可热处理强化铝合金板1待复合面的油污和氧化膜，用丙酮和酒精将可热处理强化铝合金板1的待复合面清洗干净，然后用钢丝刷对可热处理强化铝合金板1的待复合面进行打磨，静置烘干；准备长×宽×高为400mm×150mm×6mm、材质为Q235B的钢板2，清除钢板2待复合面的油污和氧化膜，用丙酮和酒精将钢板2的待复合面清洗干净，然后用红叶砂轮对钢板2的待复合面进行打磨，静置烘干；
S2，组坯：将步骤S1中处理后的钢板2和可热处理强化铝合金板1对齐叠放在一起，并且使待复合面相接触，利用铝丝将钢板2和可热处理强化铝合金板1的一端绑定，获得钢/铝合金组坯3；
S3，加热：将步骤S2中制备的钢/铝合金组坯3在氩气气氛保护条件下加热到530℃；
S4，轧制：利用普通二辊平轧机5对步骤S3加热后的钢/铝合金组坯3进行轧制，轧制压下率40％，然后切头、切边和去尾，制备出钢/铝合金层状金属复合板6；
S5，微小压下电场辅助整平：通过带有脉冲电源7的整平机9对步骤S4中得到的钢/铝合金层状金属复合板6进行异步整平，整平过程中利用电流产生的焦耳热对钢/铝合金层状金属复合板6进行补热，消除微裂纹缺陷，得到整平后的钢/铝合金层状金属复合板6，整平过程中压下率小于5％，脉冲电源7的电压为240V，频率为400Hz，利用电流产生的焦耳热温度为540℃；
S6，预应力淬火处理：将步骤S5中整平后的钢/铝合金层状金属复合板6在带有预压力的淬火设备10中进行预压力淬火处理，设备预压力为5MPa，温降速率大于90℃/s，获得淬火后的钢/铝合金层状金属复合板6；
S7，时效处理：将步骤S6中淬火后的钢/铝合金层状金属复合板6放置在135℃的保温炉11中静置8h，获得最终态的钢/铝合金层状金属复合板6。
实施例3
如图1所示，一种钢/铝合金层状金属复合板轧制成形方法，用于制备314/7049层状金属复合板，包括以下步骤：
S1，坯料准备：准备长×宽×高为900mm×500mm×10mm、材质为7049的可热处理强化铝合金板1，清除可热处理强化铝合金板1待复合面的油污和氧化膜，用丙酮和酒精将可热处理强化铝合金板1的待复合面清洗干净，然后用钢丝刷对可热处理强化铝合金板1的待复合面进行打磨，静置烘干；准备长×宽×高为900mm×500mm×8mm、材质为314钢板2，清除钢板2待复合面的油污和氧化膜，用丙酮和酒精将钢板2的待复合面清洗干净，然后用红叶砂轮对钢板2的待复合面进行打磨，静置烘干；
S2，组坯：将步骤S1中处理后的钢板2和可热处理强化铝合金板1对齐叠放在一起，并且使待复合面相接触，利用铝丝将钢板2和可热处理强化铝合金板1的一端绑定，获得钢/铝合金组坯3；
S3，加热：将步骤S2中制备的钢/铝合金组坯3在真空加热炉4中加热到580℃；
S4，轧制：利用普通二辊平轧机5对步骤S3加热后的钢/铝合金组坯3进行轧制，轧制压下率50％，然后切头、切边和去尾，制备出钢/铝合金层状金属复合板6；
S5，微小压下电场辅助整平：通过带有脉冲电源7的整平机9对步骤S4中得到的钢/铝合金层状金属复合板6进行同步整平，整平过程中利用电流产生的焦耳热对钢/铝合金层状金属复合板6进行补热，消除微裂纹缺陷，得到整平后的钢/铝合金层状金属复合板6，整平过程中压下率小于5％，脉冲电源7的电压为380V，频率为300Hz，利用电流产生的焦耳热温度为510℃；
S6，预应力淬火处理：将步骤S5中整平后的钢/铝合金层状金属复合板6在带有预压力的淬火设备10中进行预压力淬火处理，设备预压力为10MPa，温降速率大于90℃/s，获得淬火后的钢/铝合金层状金属复合板6；
S7，时效处理：将步骤S6中淬火后的钢/铝合金层状金属复合板6放置在120℃的保温炉11中静置12h，获得最终态的钢/铝合金层状金属复合板6。
以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种钢/铝合金层状金属复合板轧制成形方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1，坯料准备：准备长和宽尺寸相同的钢板(2)和可热处理强化铝合金板(1)，除去钢板(2)和可热处理强化铝合金板(1)表面的油污和氧化膜，并烘干，将钢板(2)和可热处理强化铝合金板(1)的待复合表面打磨粗糙，然后静置；
S2，组坯：将步骤S1中处理后的钢板(2)和可热处理强化铝合金板(1)对齐叠放在一起，并且使待复合面相接触，利用铝丝将钢板(2)和可热处理强化铝合金板(1)的一端绑定，获得钢/铝合金组坯(3)；
S3，加热：将步骤S2中制备的钢/铝合金组坯(3)在保护气氛或真空环境中加热，加热温度大于500℃且小于可热处理强化铝合金板(1)的熔点；
S4，轧制：利用普通二辊平轧机(5)对步骤S3加热后的钢/铝合金组坯(3)进行轧制，轧制压下率30～50％，然后切头、切边和去尾，制备出钢/铝合金层状金属复合板(6)；
S5，微小压下电场辅助整平：通过带有脉冲电源(7)的整平机(9)对步骤S4中得到的钢/铝合金层状金属复合板(6)进行整平，整平过程中利用电流产生的焦耳热对钢/铝合金层状金属复合板(6)进行补热，消除微裂纹缺陷，得到整平后的钢/铝合金层状金属复合板(6)；
S6，预应力淬火处理：将步骤S5中整平后的钢/铝合金层状金属复合板(6)在带有预压力的淬火设备(10)中进行预压力淬火处理，设备预压力为2～10MPa，温降速率大于90℃/s，获得淬火后的钢/铝合金层状金属复合板(6)；
S7，时效处理：将步骤S6中淬火后的钢/铝合金层状金属复合板(6)放置在保温炉(11)中进行低温时效处理，获得最终态的钢/铝合金层状金属复合板(6)。
2.根据权利要求1所述的一种钢/铝合金层状金属复合板轧制成形方法，其特征在于：所述步骤S1中的钢板(2)为普通碳钢或不锈钢中的任意一种；所述可热处理强化铝合金板(1)为2系铝合金、6系铝合金或7系铝合金中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种钢/铝合金层状金属复合板轧制成形方法，其特征在于：所述步骤S5中的整平机(9)的整平方式为同步整平或异步整平，整平过程中压下率小于5％，所述脉冲电源(7)的电压为120～380V，频率为300～600Hz，利用电流产生的焦耳热温度为510～570℃。
4.根据权利要求1所述的一种钢/铝合金层状金属复合板轧制成形方法，其特征在于：所述步骤S7中低温时效处理的温度为120～190℃，放置时间为4～12h。
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| CN117773304B (zh) * | 2024-02-27 | 2024-05-14 | 太原理工大学 | 一种预制波纹电磁成形复合板的装置及方法 |
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