文档介绍：层状金属复合板生产技术及新工艺
摘要:本文在对国内外层状金属复合板生产研究文献查阅分析的基础上,综合介绍了目前层状金属复合板生产方法的发展现状,分析了各种生产方法的优缺点。介绍了钎焊热轧法、燃烧合成轧制法、包套轧制法、PPR方法、ARB方法、PIT方法等复合新工艺基本工作原理,以及目前国内外应用各种新工艺所生产研究的新材料复合板。同时分析了金属复合板生产存在的问题,展望了金属复合板生产工艺的发展方向。
关键词:层状复板;生产方法;复合新工艺
随着科学技术的飞速发展,通过各种不同连接方法将不同金属材料复合为一体,制备成金属复合板,得到单层金属材料所不具有的物理、化学性能以及力学特性,满足高强度、高比刚度、抗疲劳性、尺寸稳定、耐磨、抗振等性能的要求,同时大大节省稀贵材料,降低成本,已广泛应用于化工、电力、机械、船舶、航空等领域。开发研制新型金属复合材料具有十分紧迫的现实意义,也必将带来显著的经济效益和社会效益。
金属复合材料是由两种或两种以上金属经复合而形成的一种新型材料,由于其工艺的先进性和材料本身的技术特性,因而复合板材具有单种金属材料不可比拟的优点。
(1)复合板的结构中,基、复材的比例比较大,节约了贵重金属,显示了价格上的优越性。如钛/钢、镍/钢复合板的价格仅相当于纯钛和纯镍板的1/5~1/10。
(2)良好的综合性能。如不锈钢/碳钢复合材料在弱腐蚀行业的应用既解决了材料的耐蚀性,又解决了其设计强度。
(3)解决了材料的可焊性问题。由于其优越的技术特性以及其优越的性价比,也使得复合板的应用前景非常广阔。如不锈钢复合板可广泛应用于石油化工、机械、医药卫生、环境保护等行业。钛复合板在航空工业、宇航、冶金等行业的应用将会有很大的发展空间
1956年美国率先提出金属层压复合的三步工艺,即:表面处理—轧制复合—退火强化处理,这项技术使双金属室温固相复合得到了迅速的发展。前苏联对层压复合材料的研究始于20世纪30年代,主要采用轧制法、铸造法、爆炸法、扩散焊法等方法生产铝、钛、钢等金属与合金的复合材料,尤其在冷轧复合方面的研究比较深入。英、法、德等发达,其中英国伯明翰大学在20世纪五、六十年代对固相复合进行了较为系统的研究,取得了很多成果。目前,金属复合材料在这些国家得到了广泛的应用。日本在复合材料方面的研究起步较晚,但其发展十分迅速,近年来已成为从事金属复合研究最多的国家之一。特别是20世纪90年代以后,对不锈钢与铝的复合研究取得了很多成果,申请了多项专利,尤其在阶梯式加热复合及温轧复合方面取得了令人瞩目的研究成果。我国对金属层状复合材料的研究始于20世纪60年代初,主要生产方式有爆炸复合法、爆炸+轧制(冷轧、热轧)复合法、包浇(固-液结合)+轧制复合法等,但在板形、结合质量方面与国外同类产品有一定的差距。
图1 层状复合材料结合方法分类框图
1金属层状复合材料加工方法
金属层状复合材料的加上方法有很多种,生产中常用的金属层状复合材料的加工技术如图1所示[1]。若按金属组元的状态则可分为三大类[1],即固-固相复合法,液-固相复合法和液-液相复合法。固-固相复合法包括爆炸复合法、轧制复合法、爆炸焊接+轧制复合法、扩散复合法等;液-固相复合法包括复合浇注法、反向凝固法、钎焊法、铸轧法等;液-液相复合法有电磁连铸法等。
轧制复合法
轧制复合法是在轧机的强大压力作用下,使待复合的两金属表面氧化层破碎,并在整个金属截面内产生塑性变形,洁净活化的新鲜金属在压力作用下形成平面状的冶金结合[2],如图2所示。根据轧制复合时是否加热可以分为热轧复合和冷轧复合。热轧复合法是将覆盖材料和基体现实装在一起,周边进行焊合,然后热轧使之复合。冷轧复合近年发晨较快,这种方法生产成本低,适合批量生产。且能生产较大长度、宽度的制品,但此方法的轧制工艺尚不成熟,往往需要后续处理,。
2
1
3
1-材料1 2-材料2 3-轧辊
图2 轧制复合法示意图
与单金属轧制比较,该法必须施以大的道次压下量,特别是初次道次压下量必须达到一定临界值。轧制复合工艺一般包括三个步骤[3]:表面处理、轧制复合和扩散退火。轧制复合工艺控制的关键是初次道次压下量和扩散热处理制度的确定。初次道次压下量过低则难以实现复合,轧制变形量过大,则塑性较低的复合层容易破裂。而且变形对复合板的结合性能和后续加工性能也有重要影响。轧制后的退火促进界面元素扩散,使轧制复合时形成的点结合转变成面结合,在结合面两侧形成一定深度的互扩散层,提高界面的结合强度,但退火温度过高和时间
过长时,因界面中间相的形成使界面强度降低。
轧制复合可以进行连续生产,产品尺寸精确,各组元的厚度均匀,性能稳定,适于轧制复