專利名稱：一種離心復(fù)合后半固態(tài)軋制制備層疊復(fù)合金屬材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料加工領(lǐng)域，涉及一種層狀金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法，特別是一種離心復(fù)合后半固態(tài)軋制制備層疊復(fù)合金屬材料的方法。
背景技術(shù)：
層狀金屬?gòu)?fù)合材料是將兩種或兩種以上金屬材料分層組合形成牢固貼合的復(fù)合材料。雙金屬?gòu)?fù)合材料可以發(fā)揮兩種單一金屬的優(yōu)點(diǎn)，具備特殊的物理、化學(xué)及力學(xué)性能， 滿足高強(qiáng)度、高比剛度、抗疲勞性、尺寸穩(wěn)定、耐磨、抗振、防腐等要求，同時(shí)可以大大節(jié)省稀貴金屬，降低成本。目前，雙金屬?gòu)?fù)合材料已被廣泛應(yīng)用于化工、石油、電力、機(jī)械、航空、航天、船舶等領(lǐng)域。層狀金屬?gòu)?fù)合材料的現(xiàn)有制備工藝可以劃分為三類固一固相復(fù)合法，如爆炸焊接法、軋制復(fù)合法、擠壓復(fù)合法、燒結(jié)復(fù)合法等；液一固相復(fù)合法，如鑄軋復(fù)合法、噴射沉積法、復(fù)合澆注法、反向凝固法等；液一液相復(fù)合法，如電磁連鑄法。上述方法雖然可通過(guò)不同復(fù)合方法獲得具有一定結(jié)合強(qiáng)度的雙金屬?gòu)?fù)合板，但仍存在諸多不足，如，軋制法可復(fù)合的金屬種類很多，但軋制復(fù)合往往不能對(duì)如高鉻鑄鐵等脆性材料進(jìn)行軋制，而且需要進(jìn)行表面處理和退火強(qiáng)化處理等工藝，板形控制困難，軋件易邊裂，易形成脆性金屬化合物，且道次軋制變形量大，需要大功率的軋機(jī)；爆炸復(fù)合法板形控制困難，也不適于連續(xù)生產(chǎn)，并且炸藥爆炸所產(chǎn)生的巨大聲響和沖擊波會(huì)給人們心理及周圍環(huán)境帶來(lái)刺激和污染；擴(kuò)散焊接產(chǎn)品界面的力學(xué)性能較差，且對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的要求也較高；鑄造復(fù)合法對(duì)設(shè)備制造、工藝水平、操作技能及自動(dòng)化控制等均有較高的要求，特別是需要控制好澆注速度，才能使兩層金屬界面結(jié)合良好且界面穩(wěn)定。最新研究開(kāi)發(fā)雙金屬?gòu)?fù)合板工藝，如，電磁成型復(fù)合、自蔓延高溫合成焊接技術(shù)、 激光熔敷技術(shù)、噴射沉積復(fù)合技術(shù)、液一固相軋制法，在技術(shù)上還不很成熟，有些甚至仍處于探索階段，有些方法不適合規(guī)模化生產(chǎn)，或工藝和成本難以讓生產(chǎn)企業(yè)接受。根據(jù)發(fā)明人所進(jìn)行的資料檢索，相關(guān)專利引述如下
(1)中國(guó)專利[CN101683655A]提供一種近固相線溫度軋制復(fù)合制備金屬層疊復(fù)合材料的方法；該方法雖然可對(duì)固態(tài)下難變形的材料進(jìn)行軋制，各層金屬也可獲得冶金結(jié)合，但仍需要進(jìn)行材料表面的處理，界面處易產(chǎn)生脆性金屬化合物。(2)中國(guó)專利[CNl似6857A]提供一種液相軋制金屬?gòu)?fù)合板的制備方法；采用液相軋制法制備了三金屬?gòu)?fù)合板，但需要后續(xù)熱處理來(lái)達(dá)到各層之間的冶金結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)層狀金屬?gòu)?fù)合材料制備工藝技術(shù)的不足，提供一種制備層狀金屬?gòu)?fù)合材料的新工藝，即一種離心復(fù)合后半固態(tài)軋制制備層疊復(fù)合金屬材料的方法，通過(guò)下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。一種離心復(fù)合后半固態(tài)軋制制備層疊復(fù)合金屬材料的方法，經(jīng)過(guò)下列各步驟(1)分別熔煉固態(tài)下易塑性變形的金屬材料和固態(tài)下難變形的金屬材料成為金屬液；
(2)在旋轉(zhuǎn)鑄型內(nèi)先澆入一層步驟(1)所得固態(tài)下易塑性變形的金屬液，間隔后再澆入一層步驟(1)所得固態(tài)下難變形的金屬液，再間隔后澆入一層步驟(1)所得固態(tài)下易塑性變形的金屬液，如此間隔澆注，使最后一層為固態(tài)下易塑性變形的金屬液，以保證最外兩層為固態(tài)下易塑性變形的金屬液，得到環(huán)形層狀金屬?gòu)?fù)合坯料；
(3)將步驟(2)所得環(huán)形層狀金屬?gòu)?fù)合坯料沿著回轉(zhuǎn)中心切開(kāi)，得到半圓環(huán)狀復(fù)合坯
料；
(4)將步驟(3)所得半圓環(huán)狀復(fù)合坯料加熱到中間層固態(tài)下難變形金屬的液相線區(qū)或固液相線區(qū)，同時(shí)保證外兩側(cè)的固態(tài)下易塑性變形金屬處于固態(tài)塑性變形溫度區(qū)間；
(5)將步驟(4)加熱后的半圓環(huán)狀復(fù)合坯料進(jìn)行軋制，形成層疊復(fù)合金屬材料。所述步驟(2)的環(huán)形層狀金屬?gòu)?fù)合坯料的層數(shù)為三層或者三層以上。本發(fā)明采用離心復(fù)合與半固態(tài)軋制復(fù)合相結(jié)合，是先通過(guò)離心鑄造復(fù)合工藝達(dá)到冶金結(jié)合制備層狀金屬?gòu)?fù)合坯料，后進(jìn)行軋制復(fù)合獲得層狀金屬?gòu)?fù)合材料，在軋制過(guò)程中， 中間層材料達(dá)到半固態(tài)溫度區(qū)間的同時(shí)，內(nèi)外兩側(cè)材料應(yīng)處于塑性變形溫度區(qū)間，內(nèi)外兩側(cè)金屬不會(huì)產(chǎn)生過(guò)燒現(xiàn)象，通過(guò)軋制壓力的作用使各層材料界面達(dá)到更牢固的冶金結(jié)合。 特別適用于中間層多為脆性而難以在固態(tài)下加工的材料的制備方法。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)或積極效果
1、通過(guò)該工藝制得的層狀金屬?gòu)?fù)合材料，各層在離心鑄造復(fù)合工藝獲得冶金結(jié)合的前提下，中間層在半固態(tài)溫度區(qū)間通過(guò)軋制壓力的作用可實(shí)現(xiàn)各層界面更牢固的結(jié)合。各層界面的結(jié)合強(qiáng)度高于采用傳統(tǒng)任何方法所制備的層狀金屬?gòu)?fù)合材料。2、適用于固態(tài)下難變形而難以采用常規(guī)固-固復(fù)合的材料。例如，高鉻鑄鐵由于脆性大，軋制過(guò)程中不易產(chǎn)生塑性變形而無(wú)法進(jìn)行軋制。采用該工藝可以成功制備出碳鋼 /高鉻鑄鐵/碳鋼三層復(fù)合板材。3、針對(duì)固液復(fù)合及軋制復(fù)合工藝，該工藝制得的層狀金屬?gòu)?fù)合材料不需要對(duì)各層材料的表面進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理。4、針對(duì)軋制復(fù)合工藝，該工藝可大幅減小首次壓下量，所需軋制力小，不需要專有設(shè)備，可以在現(xiàn)有大規(guī)模離心機(jī)與軋機(jī)上使用，所需能耗小。各層材料由于先在離心復(fù)合工藝下達(dá)到冶金結(jié)合，相比于普通軋制復(fù)合，不需要進(jìn)行材料表面的處理，且不需后續(xù)熱處理來(lái)增強(qiáng)界面結(jié)合強(qiáng)度。軋制后的層狀金屬?gòu)?fù)合材料也可后續(xù)加工成多金屬?gòu)?fù)合板材。采用此方法制得的層狀金屬?gòu)?fù)合材料，各層結(jié)合強(qiáng)度高于傳統(tǒng)任何工藝所制備的層狀金屬?gòu)?fù)合材料；為金屬基層狀復(fù)合材料的制備提供了一種操作簡(jiǎn)單、所需能耗小、界面結(jié)合強(qiáng)度高的制備方法。


圖1為實(shí)施例1所得環(huán)形三層狀金屬?gòu)?fù)合坯料的示意圖； 圖2為實(shí)施例1軋制過(guò)程所得層疊復(fù)合金屬材料的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但這些實(shí)例并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1
(1)分別熔煉固態(tài)下易塑性變形的金屬材料Q235鋼和固態(tài)下難變形的金屬材料高鉻鑄鐵成為金屬液；
(2)在旋轉(zhuǎn)鑄型內(nèi)先澆入一層步驟(1)所得Q235鋼的金屬液，間隔后再澆入一層步驟 (1)所得高鉻鑄鐵的金屬液，再間隔后澆入一層步驟(1)所得Q235鋼的金屬液，保證每層厚度為10mm，得到環(huán)形三層金屬?gòu)?fù)合坯料；如附圖1所示；
(3)將步驟(2)所得環(huán)形層狀金屬?gòu)?fù)合坯料沿著回轉(zhuǎn)中心切開(kāi)，得到半圓環(huán)狀復(fù)合坯
料；
(4)將步驟(3)所得半圓環(huán)狀復(fù)合坯料加熱到1200 1230°C區(qū)間，使中間層高鉻鑄鐵為固液相線區(qū)，外兩側(cè)的Q235鋼處于固態(tài)塑性變形溫度區(qū)間；
(5 )將步驟(4)加熱后的半圓環(huán)狀復(fù)合坯料進(jìn)行軋制，壓下量為20 50%，形成Q235鋼 /高鉻鑄鐵/Q235鋼層疊復(fù)合金屬材料，如附圖2所示。實(shí)施例2
(1)分別熔煉固態(tài)下易塑性變形的金屬材料Q235鋼和固態(tài)下難變形的金屬材料高鉻鑄鐵成為金屬液；
(2)在旋轉(zhuǎn)鑄型內(nèi)先澆入一層步驟(1)所得Q235鋼的金屬液，間隔后再澆入一層步驟 (1)所得高鉻鑄鐵的金屬液，再間隔后澆入一層步驟(1)所得Q235鋼的金屬液，如此間隔澆注，使最后一層為Q235鋼的金屬液，以保證最外兩層為固態(tài)下易塑性變形的金屬液，得到環(huán)形五層金屬?gòu)?fù)合坯料；
(3)將步驟(2)所得環(huán)形層狀金屬?gòu)?fù)合坯料沿著回轉(zhuǎn)中心切開(kāi)，得到半圓環(huán)狀復(fù)合坯
料；
(4)將步驟(3)所得半圓環(huán)狀復(fù)合坯料加熱到1200 1230°C區(qū)間，使中間層高鉻鑄鐵為液相線區(qū)，外兩側(cè)的Q235鋼處于固態(tài)塑性變形溫度區(qū)間；
(5)將步驟(4)加熱后的半圓環(huán)狀復(fù)合坯料進(jìn)行軋制，壓下量為20 50%，形成層疊復(fù)合金屬材料。
權(quán)利要求
1.一種離心復(fù)合后半固態(tài)軋制制備層疊復(fù)合金屬材料的方法，其特征在于經(jīng)過(guò)下列各步驟(1)分別熔煉固態(tài)下易塑性變形的金屬材料和固態(tài)下難變形的金屬材料成為金屬液；(2)在旋轉(zhuǎn)鑄型內(nèi)先澆入一層步驟(1)所得固態(tài)下易塑性變形的金屬液，間隔后再澆入一層步驟(1)所得固態(tài)下難變形的金屬液，再間隔后澆入一層步驟(1)所得固態(tài)下易塑性變形的金屬液，如此間隔澆注，使最后一層為固態(tài)下易塑性變形的金屬液，以保證最外兩層為固態(tài)下易塑性變形的金屬液，得到環(huán)形層狀金屬?gòu)?fù)合坯料；(3)將步驟(2)所得環(huán)形層狀金屬?gòu)?fù)合坯料沿著回轉(zhuǎn)中心切開(kāi)，得到半圓環(huán)狀復(fù)合坯料；(4)將步驟(3)所得半圓環(huán)狀復(fù)合坯料加熱到中間層固態(tài)下難變形金屬的液相線區(qū)或固液相線區(qū)，同時(shí)保證外兩側(cè)的固態(tài)下易塑性變形金屬處于固態(tài)塑性變形溫度區(qū)間；(5)將步驟(4)加熱后的半圓環(huán)狀復(fù)合坯料進(jìn)行軋制，形成層疊復(fù)合金屬材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)的環(huán)形層狀金屬?gòu)?fù)合坯料的層數(shù)為三層或者三層以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種離心復(fù)合后半固態(tài)軋制制備層疊復(fù)合金屬材料的方法，在旋轉(zhuǎn)鑄型內(nèi)先澆入一層固態(tài)下易塑性變形的金屬液，間隔后再澆入一層固態(tài)下難變形的金屬液，再間隔后澆入一層固態(tài)下易塑性變形的金屬液，如此間隔澆注，得到環(huán)形層狀金屬?gòu)?fù)合坯料；將其沿著回轉(zhuǎn)中心切開(kāi)，然后加熱到中間層固態(tài)下難變形金屬的液相線區(qū)或固液相線區(qū)，同時(shí)保證外兩側(cè)的固態(tài)下易塑性變形金屬處于固態(tài)塑性變形溫度區(qū)間；進(jìn)行軋制，形成層疊復(fù)合金屬材料。由于先在離心復(fù)合工藝下達(dá)到冶金結(jié)合，不需要進(jìn)行材料表面的處理，且不需后續(xù)熱處理來(lái)增強(qiáng)界面結(jié)合強(qiáng)度，為金屬基層狀復(fù)合材料的制備提供了一種操作簡(jiǎn)單、所需能耗小、界面結(jié)合強(qiáng)度高的制備方法。
文檔編號(hào)B21B47/00GK102489531SQ201110426189
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者劉飛, 周榮, 岑啟宏, 李祖來(lái), 蔣業(yè)華 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)