一種雙金屬復(fù)合板帶材固液振動鑄軋設(shè)備及方法與流程

本發(fā)明涉及金屬的軋制，具體涉及一種雙金屬復(fù)合板帶材固液振動鑄軋設(shè)備及方法。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，金屬材料的使用要求不再局限于單一的機械性能，而是要求金屬材料在多場甚至是極端服役條件下，兼具結(jié)構(gòu)和功能的綜合特性。雙金屬復(fù)合板是將物理、化學(xué)性能各異的兩種金屬通過適當(dāng)工藝復(fù)合而成的一種層狀復(fù)合材料，通過發(fā)揮各自的性能優(yōu)勢，實現(xiàn)單一金屬板無法達到的綜合性能，節(jié)約貴重金屬材料。選擇不同金屬層的抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊、韌性、強度、熱傳導(dǎo)性、電磁性能、熱膨脹等特性，可制備出具有多種優(yōu)異性能的復(fù)合材料。目前被試驗可以復(fù)合的金屬組合達百余種，其中，鋼-鋁復(fù)合板、鈦-鋼復(fù)合板、銅-鋁復(fù)合板等多種復(fù)合產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用于建筑、航空航天、石油化工、交通運輸、機械設(shè)備、電力和電子等領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟效益。

目前，雖然層狀復(fù)合材料制備工藝較多，但各有其局限性。爆炸復(fù)合法只能生產(chǎn)中厚板，板型差，難以校平，且生產(chǎn)安全性不足；固-固軋制復(fù)合工藝復(fù)合強度有限，需要進行擴散熱處理；雙流連鑄法(液-液復(fù)合)易造成界面層的過渡生長和燒蝕，復(fù)合材料界面結(jié)合強度差，尺寸受限。上述工藝方法雖然經(jīng)過多年的完善，但明顯的弊端無法根本解決。因此，發(fā)展一種復(fù)合界面具有良好冶金結(jié)合、工藝過程可控、復(fù)合材料尺寸精度高、范圍寬的復(fù)合技術(shù)是雙金屬復(fù)合材料發(fā)展的關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種雙金屬復(fù)合板帶材固液振動鑄軋設(shè)備及方法，以便強化層狀復(fù)合材料的復(fù)合界面，改善材料的晶粒組織。

本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種雙金屬復(fù)合板帶材固液振動鑄軋設(shè)備，其包括卷取機、機架、固定在機架上的中頻爐、中間包、澆注系統(tǒng)、側(cè)封系統(tǒng)、壓下機構(gòu)以及兩個鑄軋輥，兩個鑄軋輥內(nèi)部設(shè)有多個冷卻水道，其還包括自張緊分卷機構(gòu)和振動系統(tǒng)，所述兩個鑄軋輥包括壓下側(cè)鑄軋輥和振動側(cè)鑄軋輥，所述壓下側(cè)鑄軋輥與壓下機構(gòu)連接，所述振動側(cè)鑄軋輥安裝于振動系統(tǒng)上，壓下側(cè)鑄軋輥與振動側(cè)鑄軋輥在機架上呈水平放置，所述振動系統(tǒng)帶動振動側(cè)鑄軋輥做上下往復(fù)運動，向復(fù)合板坯的復(fù)合界面施加雙向剪切力；所述自張緊分卷機構(gòu)位于壓下機構(gòu)的兩個壓下液壓缸之間，固定在機架上，所述卷取機位于復(fù)合板帶材出口處，固態(tài)金屬a帶坯纏繞于自張緊開卷機構(gòu)的張緊輥上，抽出所述帶坯端部經(jīng)由兩個鑄軋輥輥縫引至卷取機并固定在卷取機上，由所述自張緊開卷機構(gòu)提供的張緊力使固態(tài)金屬a帶坯緊貼于壓下側(cè)鑄軋輥輥面；所述中頻爐通過支架固定于機架頂部，所述中間包用于盛裝液態(tài)金屬b，其位于兩個鑄軋輥輥縫的正上方，在機架頂部與中頻爐的支架呈水平放置，所述澆注系統(tǒng)位于兩個鑄軋輥輥縫上方與中間包連通，液態(tài)金屬b通過澆注系統(tǒng)從中間包流至振動側(cè)鑄軋輥與側(cè)封系統(tǒng)和固態(tài)金屬a帶坯圍成的熔池中，在振動狀態(tài)下經(jīng)兩個鑄軋輥鑄軋成形，得到雙金屬復(fù)合板帶材，所述復(fù)合板帶材通過卷取機收納成卷。

優(yōu)選地，所述振動系統(tǒng)為機械式振動系統(tǒng)、液壓式振動系統(tǒng)或電磁式振動系統(tǒng)；振動系統(tǒng)的振幅及頻率均可調(diào)節(jié)，振幅調(diào)控范圍為0.1～10mm，頻率為1～200hz。

優(yōu)選地，所述自張緊開卷機構(gòu)通過彈簧壓緊摩擦片產(chǎn)生的摩擦力進行固態(tài)金屬a帶坯的預(yù)緊。

一種根據(jù)上述設(shè)備進行雙金屬復(fù)合板帶材固液振動鑄軋的方法，包括如下步驟：

步驟1：選擇兩種合適的金屬材料—金屬a和金屬b，并確定復(fù)合板帶材厚度和層厚比，調(diào)整兩個鑄軋輥間的輥縫，選取適宜厚度的固態(tài)金屬a帶坯；

步驟2：將適宜厚度的固態(tài)金屬a帶坯纏繞于自張緊開卷機構(gòu)的張緊輥上，抽出所述帶材端部經(jīng)由兩鑄軋輥輥縫引至卷取機并固定在卷取機上，在張緊力的作用下保證金屬帶材緊貼于壓下側(cè)鑄軋輥輥面，將固態(tài)金屬b置于中頻爐內(nèi)加熱至熔融狀態(tài)；

步驟3：根據(jù)工藝要求，調(diào)節(jié)兩個鑄軋輥的速度、振動系統(tǒng)的頻率及振幅和鑄軋輥內(nèi)冷卻水的流量和強度，鑄軋機進入空轉(zhuǎn)待機狀態(tài)；

步驟4：將熔融態(tài)的金屬b自中頻爐傾倒于中間包內(nèi)，靜置到開澆溫度，打開澆注系統(tǒng)的水口，使液態(tài)金屬b通過澆注系統(tǒng)從中間包流至兩個鑄軋輥與側(cè)封系統(tǒng)和固態(tài)金屬a帶坯圍成的熔池中，在振動狀態(tài)下經(jīng)兩個鑄軋輥鑄軋成形，得到金屬a和金屬b的復(fù)合板帶材；

步驟5：轉(zhuǎn)動卷取機，將產(chǎn)出的復(fù)合板帶材收納成卷。

優(yōu)選地，所述步驟4中，通過振動側(cè)鑄軋輥振動對雙金屬復(fù)合界面施加雙向剪切力，通過調(diào)整振幅控制塑性剪切應(yīng)變量值，通過調(diào)整振頻控制雙向剪切次數(shù)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

1、通過振動側(cè)鑄軋輥的振動，可以在復(fù)合鑄軋過程中對復(fù)合界面施加剪切力，促進復(fù)合界面的物理冶金結(jié)合，從而對復(fù)合界面起到良好的強化效果。

2、所形成的振動搓軋可以改變固-液復(fù)合鑄軋中液態(tài)金屬的凝固機理，使凝固終了點位置上移，改變凝固液穴的形狀，均布合金成分，減少偏析，細化晶粒。

3、有利于提高鑄軋速度，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

4、振動可以改變振動側(cè)鑄軋輥與液態(tài)金屬之間的換熱效率，從而有效平衡由固態(tài)金屬帶坯所帶來的兩側(cè)換熱效率之間的差異，從而減少動態(tài)凝固終點(kiss點)的水平偏移量，改善由kiss點偏移帶來的組織成分偏析和軋制力波動的問題。

附圖說明

圖1為雙金屬復(fù)合板帶材固液振動鑄軋設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1所示設(shè)備的工作原理圖。

圖3為圖1所示設(shè)備的自張緊開卷機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的振動強化復(fù)合界面原理圖。

圖中：1-卷取機，2-機架，3-壓下機構(gòu)，4-自張緊分卷機，5-壓下側(cè)鑄軋輥輥系，6-中頻爐，7-中間包，8-澆注系統(tǒng)，9-側(cè)封系統(tǒng)，10-振動側(cè)鑄軋輥輥系，11-振動系統(tǒng)，12-冷卻水箱，13-冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，14-熔池，15-鑄軋輥水道，16-產(chǎn)品復(fù)合板帶，17-摩擦片，18-摩擦環(huán)，19-一體式軸承座，20-張緊輥，21-調(diào)節(jié)螺母，22-彈簧。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明：

如圖1所示，本發(fā)明實施例的一種雙金屬復(fù)合板帶材固液振動鑄軋設(shè)備，其包括：卷取機1、機架2、壓下機構(gòu)3、自張緊分卷機構(gòu)4、壓下側(cè)鑄軋輥5、中頻爐6、中間包7、澆注系統(tǒng)8、側(cè)封系統(tǒng)9、振動側(cè)鑄軋輥10、振動系統(tǒng)11、冷卻水箱12和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)13。

參見圖2，立式雙輥振動鑄軋機有兩個并列且轉(zhuǎn)動方向相反的鑄軋輥，鑄軋輥內(nèi)設(shè)有冷卻水通道15。兩鑄軋輥輥縫上方設(shè)有盛裝熔融金屬并可進行中間包冶金過程的中間包7。中間包7通過澆注系統(tǒng)8與由兩鑄軋輥和側(cè)封系統(tǒng)9(見圖1)所圍成的熔池14相連通，便于將熔融金屬引入熔池14。自張緊開卷機4位于壓下機構(gòu)3的兩個壓下液壓缸之間，固定在機架2上(見圖1)。固態(tài)金屬a帶坯纏繞于自張緊開卷機4的張緊輥上，抽出帶坯端部經(jīng)由兩鑄軋輥輥縫引至卷取機并固定在卷取機1上，在張緊力的作用下保證金屬a帶坯緊貼于壓下側(cè)鑄軋輥的輥面。卷取機1位于復(fù)合帶坯出口處。由振動系統(tǒng)11帶動振動側(cè)鑄軋輥10做上下往復(fù)運動，向復(fù)合界面施加雙向剪切力(見圖4)，強制液態(tài)金屬b原子的擴散與釘扎，對熔池區(qū)的熔融金屬b與固態(tài)金屬a帶坯形成振動復(fù)合鑄軋的效果，促進復(fù)合界面的物理冶金結(jié)合，以實現(xiàn)強化復(fù)合界面的效果。

如圖3所示，自張緊開卷機構(gòu)4的張緊輥20的兩側(cè)軸端分別安裝在兩側(cè)的一體式軸承座19中，摩擦環(huán)18通過鍵連接在一側(cè)軸端上。摩擦片17在彈簧22的作用下壓緊在摩擦環(huán)18上，由摩擦力提供復(fù)合鑄軋過程中固態(tài)金屬a帶坯的張緊力?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)螺母21控制彈簧彈力從何調(diào)節(jié)張緊力的大小。

實施例1

以銅-鋁復(fù)合板為例，采用本發(fā)明設(shè)備及方法加工銅-鋁復(fù)合板帶材，金屬a選用工業(yè)紫銅、金屬b選用工業(yè)純鋁，其復(fù)合板厚度為2mm，銅鋁厚度比約為1:3，產(chǎn)品寬度為350mm。根據(jù)成品厚度規(guī)格，設(shè)定兩鑄軋輥之間的輥縫為2mm，考慮復(fù)合軋制對固態(tài)金屬a帶坯的壓下，取厚度為0.6mm的銅帶作為固基材料。將0.6mm厚的銅帶纏繞于自張緊開卷機構(gòu)4的張緊輥20上，抽出帶坯端部經(jīng)由兩鑄軋輥輥縫引至卷取機1并固定在卷取機1上，在張緊力的作用下保證金屬a帶坯緊貼于壓下側(cè)鑄軋輥的輥面，將工業(yè)純鋁置于中頻爐6內(nèi)加熱至熔融狀態(tài)。調(diào)節(jié)鑄軋輥的速度至20m/min，設(shè)定振動系統(tǒng)11的頻率為25hz，振幅為0.1mm，鑄軋輥內(nèi)冷卻水壓強為0.5mpa，鑄軋機進入空轉(zhuǎn)待機狀態(tài)。將熔融態(tài)工業(yè)純鋁自中頻爐6傾倒于中間包7內(nèi)，靜置到680℃，打開澆注系統(tǒng)8的水口，使液態(tài)金屬b通過澆注系統(tǒng)8從中間包7流至鑄軋輥面與側(cè)封板和固態(tài)金屬a帶坯圍成的熔池14中，在振動狀態(tài)下經(jīng)兩鑄軋輥鑄軋成形，得到銅-鋁雙金屬復(fù)合板帶材。轉(zhuǎn)動卷取機，將產(chǎn)出的復(fù)合板帶材收納成卷。