金属复合轧制.doc

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1、金属复合轧制概述金属复合板的生产方法有复合轧制法、挤压法、爆炸复合法、和钎焊法等。复合轧制法是指两种或两种以上不同物理、化学性能的金属(基体材料与复层材料)通过轧制使它们在整个接触表面上,相互牢固地结合在一起的加工方法。复合轧制生产的板带材,具有比组成材料更好的特殊性能。复合板的轧制,其坯料的组合结构形式大体分为夹层型和表面复合型两种。复合轧制法可采用冷轧或热轧,冷轧是将多层金属板直接叠合轧制。热轧则多经组合后焊合边部缝隙,在进行加热轧制。挤压法是采用组合的双金属坯料进行挤压生产复合料的方法。爆炸复合法是由爆炸提供能量,使金属在很高的冲

2、击压力下结合。此法不受结合金属熔点和塑性差别限制,但生产的制品长度和产量有限,技术要求很高。钎焊法是利用凝固时,能使两金属板焊合在一起的侵润液态金属相,将两种金属板结合在一起的方法。复合轧制生产的双金属复合材料有钢-钢、铜-钢、铝-铝合金、铝-铜、钢-钛、铝-锌,等。复合轧制法具有生产灵活,工艺简单,产品尺寸精度高,性能稳定,质量好,可实现机械化、自动化及连续化生产。生产效率高,成本低,节约贵重金属等优点。复合板带材主要用于航天、航空的结构材料;交通运输,如铝锡合金=钢双金属汽车轴瓦材料;军事与核工业,如包层弹头及复合装甲板,高能加速器

3、用大型铜-钢复合板;电气、仪表、建筑及化工材料等。目前,国外双金属复合板的生产,大多采用成卷带张力的连续生产方法,自动化程度高,生产稳定,产品质量容易控制,生产率高。轧制生产技术的发展:国外已经采取多道次小压下率,实现冷复合轧制,这对改善厚料咬入,或减少压下量防止边部开裂,减少轧机功率和粘辊等效果明显;使用大小辊复合轧制,生产双金属轴瓦材料,即铝锡合金与小辊,钢层与大辊接触(主动辊),可消除钢带层的加工硬化;两层同种金属与一层异种金属的复合轧制,实现以薄带代替厚度进行成卷连续复合生产;并采取先热轧后冷轧,再烧结的工艺生产双金属,可降低复

4、合轧制的压下率,提高结合强度。复合轧制特点1、金属复合轧制的机理有关金属复合轧制的机理,前人提出了很多假说,比如“薄膜理论”、“扩散机制”等。“薄膜理论”认为冷轧复合时,两种或两种以上的组元层金属在轧制压力作用下,随之产生塑性变形,导致复合表面氧化膜破裂,露出全新的本泽金属表面而相互接触。组元层金属的原子达到晶格常数的距离,即达到原子键引力作用的范围内,形成共用电子层,于是组员金属被牢固的压接。“扩散机制”适用于热轧复合,在高温下产生塑性变形,组元层金属原子获得足够的动能,于是结合表面层原子相互扩散而结合。在变形开始阶段,接触层表面因刷

5、光处理而留下显微裂纹,纯洁的金属被加速压入裂纹内,这样所获得的初生表面彼此进入接触,形成咬合晶核。随着变形的不断增加,相邻接触区也有类似现象,咬合的晶核数在增长,直至整个结合面完密为止。2、复合轧制的基本条件复合轧制要使组元层金属结合成牢固的整体,无论冷轧或热轧,一般必须具备两个基本条件:(1)、复合轧制前,组元层的结合表面应为洁净的本泽金属,坯料应平直。由于组元层金属结合表面有氧化膜、油污、脏污、非金属夹杂或吸附的气体等,不能对本质金属形成金属键或新相,而且阻碍本质金属原子的扩散或其他键的形成。因此复合前,对组元层结合表面应进行清净预

6、处理;(2)、施以必要的结合能量。组元层金属具有洁净的本质金属表面,还需要施加必要的能量,才能牢固的结合。组元层金属结合能的大小,与复合金属的塑性、变形抗力、原子间的亲和力、相对变形量及加热温度等因素有关。一般情况下,在高温下或组元层金属的塑性与变形抗力差别小,或原子间亲和力较大,相对变形量大,复合时所需结合能就小。这样就越容易结合牢固。复合轧制工艺1、生产复合板的基本工艺生产复合板的基本工艺可分为表面预处理—冷轧或热轧复合----热处理三个阶段,国外先进国家也都采用这一工艺。表面预处理通常采用先蚀洗,在用钢丝刷刷光,目的是清除表面氧化

7、膜、油污及脏污等,获得洁净表面。热处理或扩散退火是为了增强结合面原子的扩散,使复合结点长大,增加实际复合面积,提高结合强度,以满足继续加工或使用的性能要求。冷轧复合要特别注意结合面的清洁度,尽可能使用大加工率轧制,复合时第一道次更为重要。为了达到完好的结合状态等,往往还要进行扩散退火。带式法连续生产双金属复合板有两种方法:一是抛光和复合轧制在两条生产线上完成;二是在轧辊入口处边刷光表面、边连续复合轧制的工艺。后者自动化程度高,生产稳定,产品质量易控制,生产率高。热轧复合,因组元金属被加热到高温,所以容易结合,但是热轧必须注意界面的清洁度

8、及金属间化合物的生成。为此,往往在需要结合的金属之间,夹入难生成金属间化合物的夹层材料,或降低热轧温度。热轧坯料的组合结构很重要,为防止加热氧化,可采用夹层边部焊接等方法,制成密闭式结构图。实践表明,热轧复

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