一種多層金屬耦合變形軋制復合方法與裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種多層金屬耦合變形軋制復合方法與裝置，該裝置包括復合坯加熱爐、高壓水除鱗機、四輥可逆軋機、前后卷取保溫爐、前后板面縱橫交叉彎曲變形單元、層流冷卻裝置、成品卷取機。該方法采用單機架四輥可逆軋機前后配備卷曲加熱爐，并在軋機前后卷曲爐之間布置張力彎曲單元，張力彎曲輥表面結構為凸凹相間的花輥，每個單元由3個花輥組成反彎變形單元，前后輥面的凸凹結構交叉布置，從而形成施加張力與板面縱橫交叉彎曲變形的控溫卷曲耦合變形軋制復合機制，顯著降低復合界面殘余應力，保證板形質量，同時大幅度增強復合界面的結合強度和結合率，提高復合板的組織性能和綜合力學性能，顯著提高生產效率和成材率。
【專利說明】
一種多層金屬耦合變形軋制復合方法與裝置
技術領域
[0001]本發明屬于異種金屬復合板材制備技術領域，具體涉及一種多層金屬材料卷曲控溫張力彎曲耦合變形乳制復合的方法與裝置。
【背景技術】
[0002]層狀金屬復合材料能充分發揮各組元材料的性能特長，具有高強、高韌、耐高溫、耐腐蝕、耐氧化、性價比高等綜合優良特性，是航空航天、石油化工、核能、造船等領域急需的結構材料。
[0003]在能源和資源日益緊張的今天，其在資源高效利用方面也顯得更加突出，多層金屬復合薄板帶制備方法及裝置的開發是金屬復合材料制備領域的一個重點研究方向。
[0004]我國層狀金屬復合板材雖然在國民經濟的各個領域得到快速應用，但與世界先進水平差距仍然很大，主要原因是受制于高性能金屬復合板加工制備技術，尤其是薄規格(厚度規格3.0-10.0_、雙面覆層厚0.07-1.0mm)的多層金屬復合板帶的制備還非常困難。
[0005]目前多層金屬材料乳制復合的生產工藝和技術落后，關于異種金屬多層復合板的變形協調及各向異性問題、乳制復合過程中熱力學參數對界面結合性能和板形狀態的影響規律與控制技術、界面損傷與斷裂等問題沒有得到很好的解決，導致現有復合材料產品規格單一，復合板產品界面殘余應力高、結合強度低、塑韌性差，板形質量差及深加工困難。
[0006]目前，爆炸復合和乳制復合是層狀異種金屬固相復合的主要方法。
[0007]爆炸復合法工藝為:基板+復板毛板下料—矯直—縱切—橫切—基板+復板+炸藥組合—弓I爆炸藥復合連接—后續精整處理等(見附圖4)。
[0008]它利用炸藥作為能源，在炸藥的高速引爆和沖擊作用下，在十分短暫的過程中使被焊金屬表面形成一層薄的具有塑性變形、熔化、擴散以及波形特征的焊接過渡區，從而實現兩種或兩種以上金屬的大面積焊接。
[0009]該工藝方法存在一些缺陷和應用上的局限性，表現為復合板存在的爆炸不復、表面燒傷、大面積熔化、爆炸變形、爆炸脆裂等缺陷。
[0010]這些缺陷對復合板的表面質量、力學性能、后續加工和使用產生非常不利的影響。同時多數雙金屬爆炸結合后還要進行交叉乳制減薄和改善板形。
[0011]因此，該工藝無法實現異種金屬薄板帶的生產，同時該方法工作環境差、污染嚴重、生產場地受限制且具有一定的危險性。
[0012]傳統乳制復合法工藝為:復合坯加熱—高壓水除鱗—四輥粗乳(往復除磷)—四輥精乳(往復除磷)—層流冷卻—多輥矯直—冷床冷卻—后續熱處理及精整作業。(見附圖5)。
[0013]該方法受乳制溫度和設備能力的制約，生產復合板的厚度大于6mm，長度小于50m，生產3.0-6.0mm薄規格的復合帶材成材率極低，幾乎無法生產。
[0014]傳統乳制復合方法工藝流程冗長，在粗乳和精乳的每個道次，要對復合板表面進行高壓水除磷，加速了復合板的溫降，會嚴重影響界面各組元金屬原子擴散結合，還易生成脆性金屬間化合物，導致復合界面結合強度低、殘余應力高、韌性差、板形差(也稱龜背缺陷)，復合板分離后的“龜背”缺陷。(見附圖6)
[0015]乳制表層為較薄的貴金屬覆層材料時上述缺陷會更加嚴重。因此，提高層狀金屬復合板材的界面結合強度和塑韌性及大幅度降低界面殘余應力等問題是急需解決的一項關鍵技術。

【發明內容】

[0016]本發明的目的是提供一種多層金屬耦合變形乳制復合方法與裝置，通過控溫張力卷取和板面縱橫交叉彎曲及乳制的耦合變形進行多層金屬的乳制復合。
[0017]本方法的流程為復合坯加熱—高壓水除鱗—四輥乳機—卷取保溫+張力+板面縱橫交叉彎曲變形單元+乳制(即:前控溫卷取+張力彎曲單元—(往復)—四輥乳機—(往復)—后控溫卷取+張力彎曲單元)—層流冷卻—成品卷取—成品卷后續熱處理或冷乳重卷精整。
[0018]本發明中的多層金屬耦合變形乳制復合裝置包括復合坯I，加熱爐2，前張力彎曲單元3，四輥可逆乳機4，后張力彎曲單元5，后卷曲加熱爐6，前卷曲加熱爐7，層流冷卻裝置8，導向夾送輥9，卷取機10。
[0019]復合坯I，加熱爐2，前張力彎曲單元3，前卷曲加熱爐7在四輥可逆乳機左側，后張力彎曲單元5，后卷曲加熱爐6，層流冷卻裝置8，導向夾送輥9，地下成品卷取機10在四輥可逆乳機右側。
[0020]前張力彎曲單元3、后張力彎曲單元5對復合板施加往復的，沿板材寬度和厚度方向的彎曲變形，有效降低界面內應力、改善組織性能，保證良好板形。
[0021]前卷曲加熱爐7和后卷曲加熱爐6用于對復合坯進行卷曲保溫，加熱爐采用電阻裝置加熱，可以根據乳制復合的工藝溫度，根據復合板的厚度、寬度和運行速度及實測溫度進行實時反饋控制補熱制度，能夠有效降低乳制過程中的溫降，并在卷筒和乳機之間建立張力提高復合界面的結合強度和結合率。
[0022]四輥可逆乳機4用于對復合坯進行若干道次的乳制，該乳制為工作輥單獨傳動，通過對上下輥速的調節可實現剪切變形的搓乳作用，有利于提高界面復合率、結合強度和板面的光潔度。
[0023]層流冷卻裝置8對乳后的復合板坯進行在線控制冷卻，導向夾送輥9引導板坯轉向、輔助地下成品卷取機10進行卷曲制備成品卷。
[0024]前后張力彎曲輥表面結構和板帶縱橫方向的彎曲變形狀態如圖3所示，板材在進入前彎曲輥時板寬方向受上彎曲作用，而在進入后彎曲輥時板寬方向相同部位則受下彎曲作用，同時板材在縱向也受到連續彎曲，進而形成了對板材縱橫方向的交叉彎曲變形機制。
[0025]本發明中所制備的七層組合復合板坯如附圖2所示，是用上下兩層碳鋼/稀有金屬包覆中間稀有金屬/碳鋼/稀有金屬復合板，一次可以復合出2張單面稀有金屬/碳鋼復合板帶和I張雙面稀有金屬/碳鋼復合板帶。
本發明的優點及積極效果
[0026]制備七層復合坯，可以對雙面復合板稀有金屬表面起到保護，避免燒損和乳制過程表面損傷等缺陷，提高成材率和板形質量。
[0027]乳機采用工作輥單獨傳動的變速乳制技術，結合界面處形成“搓乳區”，能有效降低乳制復合所需要的臨界變形力，可以顯著提高乳制的復合強度和表面光潔度。
[0028]本發明采用前后卷曲加熱爐配合乳機進行控溫乳制復合，減少了傳統乳制工藝的乳機數量，節省投資，降低能耗，提高了生產效率。
[0029]乳制復合過程中，由前后卷取爐進行補熱控溫，可解決因乳制溫度不可控出現多層復合薄板帶長寬方向溫差大、變形不協調、界面結合性能低和各向異性的難題。
[0030]能夠解決傳統乳制復合工藝為了保證終乳溫度，而提高復合坯的爐內加熱溫度和時間，造成復合界面出現大量脆性金屬間化合物，界面塑韌性降低的缺陷。
[0031]能夠進行中低速多道次累積大壓下量乳制復合，能提高界面結合的有效時間，利于新鮮活性金屬從硬化層、氧化膜、微裂紋中擠出，大面積充分接觸，同時促使金屬間化合物發生破碎、分散提高界面結合性能。
[0032]復合板帶在乳制力、板面縱橫交叉彎曲應力、張力卷曲機制的共同作用下，加大了界面金屬組織相對剪切移動變形量，利于界面摩擦生熱，增強界面結合能量，促使界面原子被激活，克服勢皇，形成金屬鍵，實現界面金屬冶金結合。同時能夠增大界面微觀凸起塑性變形量，增強界面“破裂與嵌入”的能力，促進凸凹不平的薄層表面硬化層、氧化膜加速破裂、錯動，使界面兩側新鮮金屬大面積結合，提高界面結合率和性能。還能夠大幅降低和均勻化多層異種金屬薄板帶界面間的內應力，實現界面的強韌化，提高界面的損傷容限，提升其使用過程中界面的抗高應力和深加工變形能力。
【附圖說明】
[0033]圖1為一種多層金屬耦合變形乳制復合方法與裝置的工藝流程，
其中，I一復合坯，2—加熱爐，3—前張力彎曲單元，4一四輥可逆乳機，5—后張力彎曲單兀，6—后卷取加熱爐，7—前卷取加熱爐，8—層流冷卻裝置，9 一導向夾送棍，10 一地下成品卷取機。
[0034]圖2為多層復合板坯示意圖。
[0035]圖3為如后彎曲棍表面結構不意圖。
[0036]圖4為傳統爆炸復合工藝流程。
[0037]圖5為傳統乳制復合工藝流程。
[0038]圖6為某不銹鋼復合板廠鋼板“龜背”缺陷照片，其中(a)為整體板形，(b)為最大變形量。
實施方式
[0039]復合坯I由運輸輥道送入加熱爐2進行加熱，出爐后經過高壓水除磷，進入四輥可逆乳機4，進行多道次可逆乳制，乳到中間坯尺寸后，通常為20mm，經過后張力彎曲單元5變形后進入后卷曲加熱爐6進行保溫卷取，此過程的板尾不能脫離前彎曲單元3和乳機4，這樣做是為了便于反向乳制時在卷曲爐內能夠順利穿帶卷取。
[0040]完成卷取的第一道次乳制后，四輥可逆乳機4、后張力彎曲單元5和后卷曲加熱爐6進行反向旋轉，開始反向乳制。第一道次乳制后的帶尾進入前卷曲加熱爐7內進行卷取保溫。板帶在前卷曲加熱爐7、四輥可逆乳制4和后卷曲加熱爐6間根據設定的輥縫等工藝參數進行往復乳制，直至乳制到設定目標厚度，完成成品的乳制。
[0041 ]板材乳制完成后經層流冷卻裝置8進行冷卻，當生產薄規格卷板時，冷卻后的帶坯經導向夾送輥9進入地下成品卷取機10，進行成品卷，而后再進行后續熱處理或冷乳重卷精整。
【主權項】
1.本發明提供一種多層金屬耦合變形乳制復合方法與裝置，其特征包括，用于多層異種金屬薄板帶的乳制復合；四輥乳機前后布置彎曲變形單元和卷取保溫爐；乳制復合過程中通過控溫張力卷取和板面縱橫交叉彎曲及乳制耦合變形實現多層金屬的界面結合。2.權利要求1中的前后張力彎曲變形輥表面為凸凹相間的花輥結構，每個單元由3個花輥組成彎曲變形單元，同時前后輥面的凸凹結構交叉布置，板材在進入前彎曲輥時板寬方向受上彎曲變形作用，而在進入后彎曲輥時板寬方向相同部位則受下彎曲變形作用，同時板材在三輥變形輥的壓下作用下，板材在縱向也受到連續彎曲，進而形成了對板材縱橫方向的交叉彎曲變形機制，有利于復合材料的界面結合，同時消減界面殘余應力。
【文檔編號】B21B47/02GK106001110SQ201610283413
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】馬立峰, 劉鵬濤, 楊小榮
【申請人】太原科技大學