一種離心複合後半固態軋制製備層疊複合金屬材料的方法
2023-06-02 09:47:56 2
專利名稱：一種離心複合後半固態軋制製備層疊複合金屬材料的方法
技術領域：
本發明屬於材料加工領域，涉及一種層狀金屬複合材料的製備方法，特別是一種離心複合後半固態軋制製備層疊複合金屬材料的方法。
背景技術：
層狀金屬複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複合材料。雙金屬複合材料可以發揮兩種單一金屬的優點，具備特殊的物理、化學及力學性能， 滿足高強度、高比剛度、抗疲勞性、尺寸穩定、耐磨、抗振、防腐等要求，同時可以大大節省稀貴金屬，降低成本。目前，雙金屬複合材料已被廣泛應用於化工、石油、電力、機械、航空、航天、船舶等領域。層狀金屬複合材料的現有製備工藝可以劃分為三類固一固相複合法，如爆炸焊接法、軋制複合法、擠壓複合法、燒結複合法等；液一固相複合法，如鑄軋複合法、噴射沉積法、複合澆注法、反向凝固法等；液一液相複合法，如電磁連鑄法。上述方法雖然可通過不同複合方法獲得具有一定結合強度的雙金屬複合板，但仍存在諸多不足，如，軋製法可複合的金屬種類很多，但軋制複合往往不能對如高鉻鑄鐵等脆性材料進行軋制，而且需要進行表面處理和退火強化處理等工藝，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；爆炸複合法板形控制困難，也不適於連續生產，並且炸藥爆炸所產生的巨大聲響和衝擊波會給人們心理及周圍環境帶來刺激和汙染；擴散焊接產品界面的力學性能較差，且對生產設備的要求也較高；鑄造複合法對設備製造、工藝水平、操作技能及自動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合良好且界面穩定。最新研究開發雙金屬複合板工藝，如，電磁成型複合、自蔓延高溫合成焊接技術、 雷射熔敷技術、噴射沉積複合技術、液一固相軋製法，在技術上還不很成熟，有些甚至仍處於探索階段，有些方法不適合規模化生產，或工藝和成本難以讓生產企業接受。根據發明人所進行的資料檢索，相關專利引述如下
(1)中國專利[CN101683655A]提供一種近固相線溫度軋制複合製備金屬層疊複合材料的方法；該方法雖然可對固態下難變形的材料進行軋制，各層金屬也可獲得冶金結合，但仍需要進行材料表面的處理，界面處易產生脆性金屬化合物。(2)中國專利[CNl似6857A]提供一種液相軋制金屬複合板的製備方法；採用液相軋製法製備了三金屬複合板，但需要後續熱處理來達到各層之間的冶金結合。
發明內容
本發明的目的在於克服傳統層狀金屬複合材料製備工藝技術的不足，提供一種製備層狀金屬複合材料的新工藝，即一種離心複合後半固態軋制製備層疊複合金屬材料的方法，通過下列技術方案實現。一種離心複合後半固態軋制製備層疊複合金屬材料的方法，經過下列各步驟(1)分別熔煉固態下易塑性變形的金屬材料和固態下難變形的金屬材料成為金屬液；
(2)在旋轉鑄型內先澆入一層步驟(1)所得固態下易塑性變形的金屬液，間隔後再澆入一層步驟(1)所得固態下難變形的金屬液，再間隔後澆入一層步驟(1)所得固態下易塑性變形的金屬液，如此間隔澆注，使最後一層為固態下易塑性變形的金屬液，以保證最外兩層為固態下易塑性變形的金屬液，得到環形層狀金屬複合坯料；
(3)將步驟(2)所得環形層狀金屬複合坯料沿著迴轉中心切開，得到半圓環狀複合坯
料；
(4)將步驟(3)所得半圓環狀複合坯料加熱到中間層固態下難變形金屬的液相線區或固液相線區，同時保證外兩側的固態下易塑性變形金屬處於固態塑性變形溫度區間；
(5)將步驟(4)加熱後的半圓環狀複合坯料進行軋制，形成層疊複合金屬材料。所述步驟(2)的環形層狀金屬複合坯料的層數為三層或者三層以上。本發明採用離心複合與半固態軋制複合相結合，是先通過離心鑄造複合工藝達到冶金結合製備層狀金屬複合坯料，後進行軋制複合獲得層狀金屬複合材料，在軋制過程中， 中間層材料達到半固態溫度區間的同時，內外兩側材料應處於塑性變形溫度區間，內外兩側金屬不會產生過燒現象，通過軋制壓力的作用使各層材料界面達到更牢固的冶金結合。 特別適用於中間層多為脆性而難以在固態下加工的材料的製備方法。同現有技術相比，本發明具有如下優點或積極效果
1、通過該工藝製得的層狀金屬複合材料，各層在離心鑄造複合工藝獲得冶金結合的前提下，中間層在半固態溫度區間通過軋制壓力的作用可實現各層界面更牢固的結合。各層界面的結合強度高於採用傳統任何方法所製備的層狀金屬複合材料。2、適用於固態下難變形而難以採用常規固-固複合的材料。例如，高鉻鑄鐵由於脆性大，軋制過程中不易產生塑性變形而無法進行軋制。採用該工藝可以成功製備出碳鋼 /高鉻鑄鐵/碳鋼三層複合板材。3、針對固液複合及軋制複合工藝，該工藝製得的層狀金屬複合材料不需要對各層材料的表面進行複雜的預處理。4、針對軋制複合工藝，該工藝可大幅減小首次壓下量，所需軋制力小，不需要專有設備，可以在現有大規模離心機與軋機上使用，所需能耗小。各層材料由於先在離心複合工藝下達到冶金結合，相比於普通軋制複合，不需要進行材料表面的處理，且不需後續熱處理來增強界面結合強度。軋制後的層狀金屬複合材料也可後續加工成多金屬複合板材。採用此方法製得的層狀金屬複合材料，各層結合強度高於傳統任何工藝所製備的層狀金屬複合材料；為金屬基層狀複合材料的製備提供了一種操作簡單、所需能耗小、界面結合強度高的製備方法。
圖1為實施例1所得環形三層狀金屬複合坯料的示意圖； 圖2為實施例1軋制過程所得層疊複合金屬材料的示意圖。
具體實施例方式下面將結合實施例進一步闡明本發明的內容，但這些實例並不限制本發明的保護範圍。實施例1
(1)分別熔煉固態下易塑性變形的金屬材料Q235鋼和固態下難變形的金屬材料高鉻鑄鐵成為金屬液；
(2)在旋轉鑄型內先澆入一層步驟(1)所得Q235鋼的金屬液，間隔後再澆入一層步驟 (1)所得高鉻鑄鐵的金屬液，再間隔後澆入一層步驟(1)所得Q235鋼的金屬液，保證每層厚度為10mm，得到環形三層金屬複合坯料；如附圖1所示；
(3)將步驟(2)所得環形層狀金屬複合坯料沿著迴轉中心切開，得到半圓環狀複合坯
料；
(4)將步驟(3)所得半圓環狀複合坯料加熱到1200 1230°C區間，使中間層高鉻鑄鐵為固液相線區，外兩側的Q235鋼處於固態塑性變形溫度區間；
(5 )將步驟(4)加熱後的半圓環狀複合坯料進行軋制，壓下量為20 50%，形成Q235鋼 /高鉻鑄鐵/Q235鋼層疊複合金屬材料，如附圖2所示。實施例2
(1)分別熔煉固態下易塑性變形的金屬材料Q235鋼和固態下難變形的金屬材料高鉻鑄鐵成為金屬液；
(2)在旋轉鑄型內先澆入一層步驟(1)所得Q235鋼的金屬液，間隔後再澆入一層步驟 (1)所得高鉻鑄鐵的金屬液，再間隔後澆入一層步驟(1)所得Q235鋼的金屬液，如此間隔澆注，使最後一層為Q235鋼的金屬液，以保證最外兩層為固態下易塑性變形的金屬液，得到環形五層金屬複合坯料；
(3)將步驟(2)所得環形層狀金屬複合坯料沿著迴轉中心切開，得到半圓環狀複合坯
料；
(4)將步驟(3)所得半圓環狀複合坯料加熱到1200 1230°C區間，使中間層高鉻鑄鐵為液相線區，外兩側的Q235鋼處於固態塑性變形溫度區間；
(5)將步驟(4)加熱後的半圓環狀複合坯料進行軋制，壓下量為20 50%，形成層疊複合金屬材料。
權利要求
1.一種離心複合後半固態軋制製備層疊複合金屬材料的方法，其特徵在於經過下列各步驟(1)分別熔煉固態下易塑性變形的金屬材料和固態下難變形的金屬材料成為金屬液；(2)在旋轉鑄型內先澆入一層步驟(1)所得固態下易塑性變形的金屬液，間隔後再澆入一層步驟(1)所得固態下難變形的金屬液，再間隔後澆入一層步驟(1)所得固態下易塑性變形的金屬液，如此間隔澆注，使最後一層為固態下易塑性變形的金屬液，以保證最外兩層為固態下易塑性變形的金屬液，得到環形層狀金屬複合坯料；(3)將步驟(2)所得環形層狀金屬複合坯料沿著迴轉中心切開，得到半圓環狀複合坯料；(4)將步驟(3)所得半圓環狀複合坯料加熱到中間層固態下難變形金屬的液相線區或固液相線區，同時保證外兩側的固態下易塑性變形金屬處於固態塑性變形溫度區間；(5)將步驟(4)加熱後的半圓環狀複合坯料進行軋制，形成層疊複合金屬材料。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述步驟(2)的環形層狀金屬複合坯料的層數為三層或者三層以上。
全文摘要
本發明提供一種離心複合後半固態軋制製備層疊複合金屬材料的方法，在旋轉鑄型內先澆入一層固態下易塑性變形的金屬液，間隔後再澆入一層固態下難變形的金屬液，再間隔後澆入一層固態下易塑性變形的金屬液，如此間隔澆注，得到環形層狀金屬複合坯料；將其沿著迴轉中心切開，然後加熱到中間層固態下難變形金屬的液相線區或固液相線區，同時保證外兩側的固態下易塑性變形金屬處於固態塑性變形溫度區間；進行軋制，形成層疊複合金屬材料。由於先在離心複合工藝下達到冶金結合，不需要進行材料表面的處理，且不需後續熱處理來增強界面結合強度，為金屬基層狀複合材料的製備提供了一種操作簡單、所需能耗小、界面結合強度高的製備方法。
文檔編號B21B47/00GK102489531SQ201110426189
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者劉飛, 周榮, 岑啟宏, 李祖來, 蔣業華 申請人:昆明理工大學