一種多層金屬耦合變形軋制復(fù)合方法與裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種多層金屬耦合變形軋制復(fù)合方法與裝置，該裝置包括復(fù)合坯加熱爐、高壓水除鱗機(jī)、四輥可逆軋機(jī)、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(jī)。該方法采用單機(jī)架四輥可逆軋機(jī)前后配備卷曲加熱爐，并在軋機(jī)前后卷曲爐之間布置張力彎曲單元，張力彎曲輥表面結(jié)構(gòu)為凸凹相間的花輥，每個(gè)單元由3個(gè)花輥組成反彎變形單元，前后輥面的凸凹結(jié)構(gòu)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(fù)合機(jī)制，顯著降低復(fù)合界面殘余應(yīng)力，保證板形質(zhì)量，同時(shí)大幅度增強(qiáng)復(fù)合界面的結(jié)合強(qiáng)度和結(jié)合率，提高復(fù)合板的組織性能和綜合力學(xué)性能，顯著提高生產(chǎn)效率和成材率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種多層金屬耦合變形軋制復(fù)合方法與裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于異種金屬?gòu)?fù)合板材制備技術(shù)領(lǐng)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(fù)合的方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]層狀金屬?gòu)?fù)合材料能充分發(fā)揮各組元材料的性能特長(zhǎng)，具有高強(qiáng)、高韌、耐高溫、耐腐蝕、耐氧化、性?xún)r(jià)比高等綜合優(yōu)良特性，是航空航天、石油化工、核能、造船等領(lǐng)域急需的結(jié)構(gòu)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?gòu)?fù)合薄板帶制備方法及裝置的開(kāi)發(fā)是金屬?gòu)?fù)合材料制備領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)研究方向。
[0004]我國(guó)層狀金屬?gòu)?fù)合板材雖然在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域得到快速應(yīng)用，但與世界先進(jìn)水平差距仍然很大，主要原因是受制于高性能金屬?gòu)?fù)合板加工制備技術(shù)，尤其是薄規(guī)格(厚度規(guī)格3.0-10.0_、雙面覆層厚0.07-1.0mm)的多層金屬?gòu)?fù)合板帶的制備還非常困難。
[0005]目前多層金屬材料乳制復(fù)合的生產(chǎn)工藝和技術(shù)落后，關(guān)于異種金屬多層復(fù)合板的變形協(xié)調(diào)及各向異性問(wèn)題、乳制復(fù)合過(guò)程中熱力學(xué)參數(shù)對(duì)界面結(jié)合性能和板形狀態(tài)的影響規(guī)律與控制技術(shù)、界面損傷與斷裂等問(wèn)題沒(méi)有得到很好的解決，導(dǎo)致現(xiàn)有復(fù)合材料產(chǎn)品規(guī)格單一，復(fù)合板產(chǎn)品界面殘余應(yīng)力高、結(jié)合強(qiáng)度低、塑韌性差，板形質(zhì)量差及深加工困難。
[0006]目前，爆炸復(fù)合和乳制復(fù)合是層狀異種金屬固相復(fù)合的主要方法。
[0007]爆炸復(fù)合法工藝為:基板+復(fù)板毛板下料—矯直—縱切—橫切—基板+復(fù)板+炸藥組合—弓I爆炸藥復(fù)合連接—后續(xù)精整處理等(見(jiàn)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(guò)程中使被焊金屬表面形成一層薄的具有塑性變形、熔化、擴(kuò)散以及波形特征的焊接過(guò)渡區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)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(yīng)用上的局限性，表現(xiàn)為復(fù)合板存在的爆炸不復(fù)、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(duì)復(fù)合板的表面質(zhì)量、力學(xué)性能、后續(xù)加工和使用產(chǎn)生非常不利的影響。同時(shí)多數(shù)雙金屬爆炸結(jié)合后還要進(jìn)行交叉乳制減薄和改善板形。
[0011]因此，該工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)異種金屬薄板帶的生產(chǎn)，同時(shí)該方法工作環(huán)境差、污染嚴(yán)重、生產(chǎn)場(chǎng)地受限制且具有一定的危險(xiǎn)性。
[0012]傳統(tǒng)乳制復(fù)合法工藝為:復(fù)合坯加熱—高壓水除鱗—四輥粗乳(往復(fù)除磷)—四輥精乳(往復(fù)除磷)—層流冷卻—多輥矯直—冷床冷卻—后續(xù)熱處理及精整作業(yè)。(見(jiàn)附圖5)。
[0013]該方法受乳制溫度和設(shè)備能力的制約，生產(chǎn)復(fù)合板的厚度大于6mm，長(zhǎng)度小于50m，生產(chǎn)3.0-6.0mm薄規(guī)格的復(fù)合帶材成材率極低，幾乎無(wú)法生產(chǎn)。
[0014]傳統(tǒng)乳制復(fù)合方法工藝流程冗長(zhǎng)，在粗乳和精乳的每個(gè)道次，要對(duì)復(fù)合板表面進(jìn)行高壓水除磷，加速了復(fù)合板的溫降，會(huì)嚴(yán)重影響界面各組元金屬原子擴(kuò)散結(jié)合，還易生成脆性金屬間化合物，導(dǎo)致復(fù)合界面結(jié)合強(qiáng)度低、殘余應(yīng)力高、韌性差、板形差(也稱(chēng)龜背缺陷)，復(fù)合板分離后的“龜背”缺陷。(見(jiàn)附圖6)
[0015]乳制表層為較薄的貴金屬覆層材料時(shí)上述缺陷會(huì)更加嚴(yán)重。因此，提高層狀金屬?gòu)?fù)合板材的界面結(jié)合強(qiáng)度和塑韌性及大幅度降低界面殘余應(yīng)力等問(wèn)題是急需解決的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的是提供一種多層金屬耦合變形乳制復(fù)合方法與裝置，通過(guò)控溫張力卷取和板面縱橫交叉彎曲及乳制的耦合變形進(jìn)行多層金屬的乳制復(fù)合。
[0017]本方法的流程為復(fù)合坯加熱—高壓水除鱗—四輥乳機(jī)—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(fù))—四輥乳機(jī)—(往復(fù))—后控溫卷取+張力彎曲單元)—層流冷卻—成品卷取—成品卷后續(xù)熱處理或冷乳重卷精整。
[0018]本發(fā)明中的多層金屬耦合變形乳制復(fù)合裝置包括復(fù)合坯I，加熱爐2，前張力彎曲單元3，四輥可逆乳機(jī)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(dǎo)向夾送輥9，卷取機(jī)10。
[0019]復(fù)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(jī)左側(cè)，后張力彎曲單元5，后卷曲加熱爐6，層流冷卻裝置8，導(dǎo)向夾送輥9，地下成品卷取機(jī)10在四輥可逆乳機(jī)右側(cè)。
[0020]前張力彎曲單元3、后張力彎曲單元5對(duì)復(fù)合板施加往復(fù)的，沿板材寬度和厚度方向的彎曲變形，有效降低界面內(nèi)應(yīng)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(duì)復(fù)合坯進(jìn)行卷曲保溫，加熱爐采用電阻裝置加熱，可以根據(jù)乳制復(fù)合的工藝溫度，根據(jù)復(fù)合板的厚度、寬度和運(yùn)行速度及實(shí)測(cè)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋控制補(bǔ)熱制度，能夠有效降低乳制過(guò)程中的溫降，并在卷筒和乳機(jī)之間建立張力提高復(fù)合界面的結(jié)合強(qiáng)度和結(jié)合率。
[0022]四輥可逆乳機(jī)4用于對(duì)復(fù)合坯進(jìn)行若干道次的乳制，該乳制為工作輥單獨(dú)傳動(dòng)，通過(guò)對(duì)上下輥速的調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)剪切變形的搓乳作用，有利于提高界面復(fù)合率、結(jié)合強(qiáng)度和板面的光潔度。
[0023]層流冷卻裝置8對(duì)乳后的復(fù)合板坯進(jìn)行在線控制冷卻，導(dǎo)向夾送輥9引導(dǎo)板坯轉(zhuǎn)向、輔助地下成品卷取機(jī)10進(jìn)行卷曲制備成品卷。
[0024]前后張力彎曲輥表面結(jié)構(gòu)和板帶縱橫方向的彎曲變形狀態(tài)如圖3所示，板材在進(jìn)入前彎曲輥時(shí)板寬方向受上彎曲作用，而在進(jìn)入后彎曲輥時(shí)板寬方向相同部位則受下彎曲作用，同時(shí)板材在縱向也受到連續(xù)彎曲，進(jìn)而形成了對(duì)板材縱橫方向的交叉彎曲變形機(jī)制。
[0025]本發(fā)明中所制備的七層組合復(fù)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?gòu)?fù)合板，一次可以復(fù)合出2張單面稀有金屬/碳鋼復(fù)合板帶和I張雙面稀有金屬/碳鋼復(fù)合板帶。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果
[0026]制備七層復(fù)合坯，可以對(duì)雙面復(fù)合板稀有金屬表面起到保護(hù)，避免燒損和乳制過(guò)程表面損傷等缺陷，提高成材率和板形質(zhì)量。
[0027]乳機(jī)采用工作輥單獨(dú)傳動(dòng)的變速乳制技術(shù)，結(jié)合界面處形成“搓乳區(qū)”，能有效降低乳制復(fù)合所需要的臨界變形力，可以顯著提高乳制的復(fù)合強(qiáng)度和表面光潔度。
[0028]本發(fā)明采用前后卷曲加熱爐配合乳機(jī)進(jìn)行控溫乳制復(fù)合，減少了傳統(tǒng)乳制工藝的乳機(jī)數(shù)量，節(jié)省投資，降低能耗，提高了生產(chǎn)效率。
[0029]乳制復(fù)合過(guò)程中，由前后卷取爐進(jìn)行補(bǔ)熱控溫，可解決因乳制溫度不可控出現(xiàn)多層復(fù)合薄板帶長(zhǎng)寬方向溫差大、變形不協(xié)調(diào)、界面結(jié)合性能低和各向異性的難題。
[0030]能夠解決傳統(tǒng)乳制復(fù)合工藝為了保證終乳溫度，而提高復(fù)合坯的爐內(nèi)加熱溫度和時(shí)間，造成復(fù)合界面出現(xiàn)大量脆性金屬間化合物，界面塑韌性降低的缺陷。
[0031]能夠進(jìn)行中低速多道次累積大壓下量乳制復(fù)合，能提高界面結(jié)合的有效時(shí)間，利于新鮮活性金屬?gòu)挠不瘜?、氧化膜、微裂紋中擠出，大面積充分接觸，同時(shí)促使金屬間化合物發(fā)生破碎、分散提高界面結(jié)合性能。
[0032]復(fù)合板帶在乳制力、板面縱橫交叉彎曲應(yīng)力、張力卷曲機(jī)制的共同作用下，加大了界面金屬組織相對(duì)剪切移動(dòng)變形量，利于界面摩擦生熱，增強(qiáng)界面結(jié)合能量，促使界面原子被激活，克服勢(shì)皇，形成金屬鍵，實(shí)現(xiàn)界面金屬冶金結(jié)合。同時(shí)能夠增大界面微觀凸起塑性變形量，增強(qiáng)界面“破裂與嵌入”的能力，促進(jìn)凸凹不平的薄層表面硬化層、氧化膜加速破裂、錯(cuò)動(dòng)，使界面兩側(cè)新鮮金屬大面積結(jié)合，提高界面結(jié)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(nèi)應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)界面的強(qiáng)韌化，提高界面的損傷容限，提升其使用過(guò)程中界面的抗高應(yīng)力和深加工變形能力。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為一種多層金屬耦合變形乳制復(fù)合方法與裝置的工藝流程，
其中，I一復(fù)合坯，2—加熱爐，3—前張力彎曲單元，4一四輥可逆乳機(jī)，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(dǎo)向夾送棍，10 一地下成品卷取機(jī)。
[0034]圖2為多層復(fù)合板坯示意圖。
[0035]圖3為如后彎曲棍表面結(jié)構(gòu)不意圖。
[0036]圖4為傳統(tǒng)爆炸復(fù)合工藝流程。
[0037]圖5為傳統(tǒng)乳制復(fù)合工藝流程。
[0038]圖6為某不銹鋼復(fù)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(shí)施方式
[0039]復(fù)合坯I由運(yùn)輸輥道送入加熱爐2進(jìn)行加熱，出爐后經(jīng)過(guò)高壓水除磷，進(jìn)入四輥可逆乳機(jī)4，進(jìn)行多道次可逆乳制，乳到中間坯尺寸后，通常為20mm，經(jīng)過(guò)后張力彎曲單元5變形后進(jìn)入后卷曲加熱爐6進(jìn)行保溫卷取，此過(guò)程的板尾不能脫離前彎曲單元3和乳機(jī)4，這樣做是為了便于反向乳制時(shí)在卷曲爐內(nèi)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(jī)4、后張力彎曲單元5和后卷曲加熱爐6進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)，開(kāi)始反向乳制。第一道次乳制后的帶尾進(jìn)入前卷曲加熱爐7內(nèi)進(jìn)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(jù)設(shè)定的輥縫等工藝參數(shù)進(jìn)行往復(fù)乳制，直至乳制到設(shè)定目標(biāo)厚度，完成成品的乳制。
[0041 ]板材乳制完成后經(jīng)層流冷卻裝置8進(jìn)行冷卻，當(dāng)生產(chǎn)薄規(guī)格卷板時(shí)，冷卻后的帶坯經(jīng)導(dǎo)向夾送輥9進(jìn)入地下成品卷取機(jī)10，進(jìn)行成品卷，而后再進(jìn)行后續(xù)熱處理或冷乳重卷精整。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.本發(fā)明提供一種多層金屬耦合變形乳制復(fù)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(fù)合；四輥乳機(jī)前后布置彎曲變形單元和卷取保溫爐；乳制復(fù)合過(guò)程中通過(guò)控溫張力卷取和板面縱橫交叉彎曲及乳制耦合變形實(shí)現(xiàn)多層金屬的界面結(jié)合。2.權(quán)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(jié)構(gòu)，每個(gè)單元由3個(gè)花輥組成彎曲變形單元，同時(shí)前后輥面的凸凹結(jié)構(gòu)交叉布置，板材在進(jìn)入前彎曲輥時(shí)板寬方向受上彎曲變形作用，而在進(jìn)入后彎曲輥時(shí)板寬方向相同部位則受下彎曲變形作用，同時(shí)板材在三輥?zhàn)冃屋伒膲合伦饔孟拢宀脑诳v向也受到連續(xù)彎曲，進(jìn)而形成了對(duì)板材縱橫方向的交叉彎曲變形機(jī)制，有利于復(fù)合材料的界面結(jié)合，同時(shí)消減界面殘余應(yīng)力。
【文檔編號(hào)】B21B47/02GK106001110SQ201610283413
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】馬立峰, 劉鵬濤, 楊小榮
【申請(qǐng)人】太原科技大學(xué)