以銅為中間層鈦鋼復(fù)合板的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鈦鋼復(fù)合板制備加工領(lǐng)域，具體涉及一種以銅為中間層鈦鋼復(fù)合板的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦具有良好的物理、化學(xué)性能與機械性能，但其冶煉技術(shù)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，因此鈦的價格很貴，很大程度限制了鈦的推廣及應(yīng)用。將鈦與其它金屬(如鋼、銅、鋁等)復(fù)合在一起，制成金屬復(fù)合材料，既可以發(fā)揮鈦的優(yōu)異性能，又可大大降低成本，因而近年來對類似材料的研究很多，其中鈦-鋼復(fù)合材料以其高強度、優(yōu)異的耐蝕性能和顯著的經(jīng)濟效益而被廣泛的應(yīng)用于化工、石油等工業(yè)部門。
[0003]目前，鈦-鋼復(fù)合板的生產(chǎn)方式主要有四種:爆炸復(fù)合法、擴散復(fù)合法、爆炸-乳制和直接乳制法。直接乳制法是目前的發(fā)展趨勢，相比其余3種生產(chǎn)方式，具有產(chǎn)品尺寸規(guī)格靈活，性能穩(wěn)定，易實現(xiàn)機械化、自動化作業(yè)等優(yōu)點。直接乳制法最初將鈦板(復(fù)合材)與鋼板(基材)以嵌入式的板坯組裝。這時，在鈦板與鋼材之間放入合適的中間嵌入材，再在高真空下采用電子束焊接。最后放入加熱爐加熱后，在厚板乳機上強壓乳到所要求的厚度，這樣鈦板與鋼板則真正接合了。最后將外圍切割，分離為2張板。
[0004]由于鈦的金屬性活潑，與多數(shù)金屬連接時將在界面上形成脆性相。由鈦-鐵二元相圖可知，鐵與鈦極易生成金屬間化合物，如TiFe、TiFe2等，由于金屬間化合物具有較大的脆性使結(jié)合界面脆化，在應(yīng)力的作用下容易導(dǎo)致開裂，使結(jié)合強度下降。鈦在溫度為1155K時發(fā)生相變，高溫時以體心立方晶格β -Ti形式存在，溫度較低時為密排立方晶格的α-T1鐵在α-Ti中的固溶度很小，在室溫下僅為0.05%?0.1 %，在共析溫度下不超過
0.5%。鐵是β-Ti穩(wěn)定元素，在β-Ti中的固溶度比在a-Ti中的大，在共晶溫度1355K時，鐵在β-Ti中的固溶度達到最大值25%。在β-Ti中固溶了鐵之后，可以使其相變點溫度降低，當(dāng)β-Ti中鐵含量達到一定值時，β-Ti將會被保留至室溫，隨著β-Ti中鐵含量的進一步增高，在冷卻過程中，將會造成鐵在鈦中的過飽和，進而超過其在鈦中的固溶度而形成金屬間化合物。減少化合物生成的主要方法是在鈦與鋼之間插入適當(dāng)?shù)慕饘僮鲋虚g層，進而阻止鈦、鐵等元素的相互擴散。
[0005]申請?zhí)枮椤癈N101992344A”，發(fā)明名稱為“一種鈦-鋼復(fù)合板的制備方法”公開了一種以長、寬尺寸相等的鈦板和鋼板，除去銹層和氧化層，然后相對重合制成復(fù)合坯料，再將復(fù)合坯料四周用鈦板側(cè)封，用夾具夾緊組合坯料后在真空室內(nèi)抽真空，使真空度達到10 2MPa時，經(jīng)組合坯料四周焊合，再在加熱爐內(nèi)加熱到600?1200°C下保溫0.1?2h，最后在550?1150°C下乳制，乳制速度0.3?2m/s，總壓下量> 30%，首次壓下率> 5%，得到鈦-鋼復(fù)合板的技術(shù)方案。此工藝方法是以鈦-鋼為原材的復(fù)合板，在加熱過程中，由于鈦的金屬性活潑，鐵與鈦極易生成金屬間化合物，由于金屬間化合物具有較大的脆性使結(jié)合界面脆化，在應(yīng)力的作用下容易導(dǎo)致開裂，使結(jié)合強度下降。
[0006]申請?zhí)枮椤?01410446843.4”，發(fā)明名稱為“一種制造鈦鋼復(fù)合板的方法”，具體公開了采用電鍍或化學(xué)鍍方法在鋼板或鋼坯的待復(fù)合的表面上鍍覆鎳、銅或純鐵來形成鍍層，從而提高界面的結(jié)合強度。采用該方法能夠在一定程度上提高界面結(jié)合強度，但是，由于鍍層較薄，高溫或長時間加熱條件下鈦、鐵等元素可以穿透鍍層，在界面形成脆性化合物，不能起到阻止元素相互擴散的目的；同時，由于鍍層金屬沒有良好的延展性，在乳制過程中，會引起界面狀態(tài)不均勻的問題，導(dǎo)致采用該方法制備的鈦鋼復(fù)合板產(chǎn)品質(zhì)量無法得到很好的保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種以銅為中間層鈦鋼復(fù)合板的制備方法，以防止制備過程中鈦鋼復(fù)合板界面上鈦/鐵脆性相的生成，從而實現(xiàn)鈦鋼界面的良好結(jié)合的目的。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種以銅為中間層鈦鋼復(fù)合板的制備方法，包括以下步驟:
[0009]a、組坯:按照鋼板/鈦板/銅箔/鋼板的順序進行對稱組坯，然后將坯料四周焊合，坯料內(nèi)部進行抽真空處理，得到組合坯料；其中，在鋼板與鈦板的相鄰面涂覆隔離劑，所述銅箔的厚度為50?500 μ m ；
[0010]b、加熱:將組合坯料在760?860°C加熱2?6h ;
[0011]C、乳制:將加熱后的組合坯料進行至少兩道次的乳制，其中，終乳溫度為600?7000C ;單道次變形量10%?15%，乳制總變形量為彡80%，乳制速度為0.1?lm/s ；
[0012]d、精整:空冷至室溫，分離涂覆隔離劑的鈦鋼界面，得到鈦鋼復(fù)合板。
[0013]上述所述的以銅為中間層鈦鋼復(fù)合板的制備方法，在a步驟之前還需進行表面處理步驟，所述表面處理的方法為:對鋼板及鈦板的表面進行磨拋處理，以去除表面污物和氧化層，減少界面對結(jié)合強度的影響。
[0014]其中，上述所述隔離劑為本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的隔離劑，通常采用具有高溫穩(wěn)定性的氧化物，如Al2O3, S12，陶瓷材料、滑石粉等。主要起隔離不需要復(fù)合的鈦鋼界面的作用，達到乳制后可以分離鈦鋼界面的目的。
[0015]進一步的，a步驟所述的真空處理的真空度必須< 10 2Pa,以保證結(jié)合界面不受空氣中的氧、氮等元素的影響。
[0016]進一步的，上述所述的以銅為中間層鈦鋼復(fù)合板的制備方法，作為優(yōu)選的方案，b步驟所述的加熱溫度為830°C，加熱時間5h ；c步驟乳制時，單道次變形15%，經(jīng)過11道次車L制，累計變形量為93%，乳制速度0.6m/s，終乳溫度為640 °C。
[0017]上述所述的以銅為中間層鈦鋼復(fù)合板的制備方法，a步驟的組坯方法具體為:
[0018]①準(zhǔn)備兩塊規(guī)格相同的鋼板、一塊鈦板、一塊銅箔、四塊側(cè)板，其中，所述側(cè)板材質(zhì)與鋼板相同；
[0019]②側(cè)板處理:在四塊側(cè)板中的至少一塊上開孔，并在開孔處焊接一根無縫碳鋼管；
[0020]③焊接:在鋼板與鈦板的相鄰面涂覆隔離劑，按照鋼板/鈦板/銅箔/鋼板的順序進行對稱組坯，將側(cè)板設(shè)置在鈦板四周，且位于兩塊鋼板之間，將鋼板與側(cè)板之間的縫隙以及側(cè)板與側(cè)板之間的間隙進行焊接，使其成為一個組合體；
[0021]④抽真空:焊接完成后，通過無縫碳鋼管與真空栗連接，對組合體內(nèi)部抽真空后，將無縫碳鋼管密封，得到組合坯料。
[0022]其中，上述所述的無縫碳鋼管壁厚> 2mm。
[0023]進一步的，上述所述側(cè)板處理是指在四塊側(cè)板中的任意一塊上開孔。
[0024]其中，所述鋼板和鈦板的尺寸規(guī)格沒有特殊要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實施過程中，可以根據(jù)實際生產(chǎn)應(yīng)用的需要，而調(diào)整鈦板和鋼板的尺寸規(guī)格，達到生產(chǎn)應(yīng)用的目的。
[0025]本發(fā)明以銅為中間層鈦鋼復(fù)合板的制備方法，工藝簡單，加入中間板一銅板，因為Fe、Cu不形成化合物，且Fe在Cu中的固溶度幾乎為零，可以阻礙鐵向鈦中擴散形成Ti/Fe脆性相，影響鈦鋼復(fù)合板的結(jié)合強度。同時經(jīng)過分步乳制，比起傳統(tǒng)的一步乳制，可以大大提高乳制的效率，乳制后獲得的鈦鋼復(fù)合板板型良好，表面無明顯缺陷形成，結(jié)合界面無鈦/鐵化合物的生成，結(jié)合效果良好，結(jié)合強度>190MPa，高于國家標(biāo)準(zhǔn)中同類鈦鋼復(fù)合板的結(jié)合強度。
【具體實施方式】
[0026]本發(fā)明提供一種以銅為中間層鈦鋼復(fù)合板的制備方法，包括以下步驟:
[0027]a、組坯:按照鋼板/鈦板/銅箔/鋼板的順序進行對稱組坯，然后將坯料四周焊合，坯料內(nèi)部進行抽真空處理，得到組合坯料；其中，在鋼板與鈦板的相鄰面涂覆隔離劑，所述銅箔的厚度為50?500 μ m ；
[0028]b、加熱:將組合坯料在760?860°C加熱2?6h ;
[0029]c、乳制:將加熱后的組合坯料進行至少兩道次的乳制，其中，終乳溫度為600?7000C ;單道次變形量10%?15%，乳制總變形量為彡80%，乳制速度為0.1?lm/s ；
[0030]d、精整:空冷至室溫，分離涂覆隔離劑的鈦鋼界面，得到鈦鋼復(fù)合板。
[0031]上述所述的以銅為中間層鈦鋼復(fù)合板的制備方法，在a步驟之前還需進行表面處理步驟，所述表面處理的方法為:對鋼板及鈦板的表面進行磨拋處理，以去除表面污物和氧化層，減少界面對結(jié)合強度的影響。
[0032]其中，上述所述隔離劑為本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的隔離劑，通常采用具有高溫穩(wěn)定性的氧化物，如Al2O3, S12，陶瓷材料、滑石粉等。主要起隔離不需要復(fù)合的鈦鋼界面的作用，達到乳制后可以分離鈦鋼界面的目的。
[0033]進一步的，a步驟所述的真空處理的真空度必須< 10 2Pa,以保證結(jié)合界面不受空氣中的氧、氮等元素的影響。
[0034]進一步的，上述所述的以銅為中間層鈦鋼復(fù)合板的制備方法，作為優(yōu)選的方案，b步驟所述的加熱溫度為830°C，加熱時間5h ；c步驟乳制時，單道次變形15%，經(jīng)過11道次車L制，累計變形量為93%，乳制速度0.6m/