复合轧制

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1-材料1 2-材料2 3-轧辊
与单金属轧制比较，轧制复合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：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，适于轧制复合的金属非常多，而且生产成本低、效率高，易于实现人 规模工业化生产。但轧制复合往往需要进行表面处理和退火强化处理等工艺。 轧件易边裂，易形成脆性金属化合物，且道次轧制变形量大，需要大功率的 轧机。
液-固相复合法-Βιβλιοθήκη --铸轧法铸轧是固相金属与固相金属在轧机上实现复合的方法。此方法是将铸 造法与轧制法结台起来，既有液相高温，又有轧制压力，能够实现较高的 复合强度。铸轧可以连续生产、效率高、成本低。但此方法的工艺条件还 不成熟，有待于进—步完善。
液-固相复合法----反向凝固法
反向凝固工艺是由德国冶金工作者于1989年开发的一种 薄带连铸工艺，目的在于用一种比目前已有的近终形连铸技 术更短的流程、生产成本更低的工艺技术制造薄带。 该工艺示意图如图所示。它是让一定厚度的母带从反向 凝固器内的钢液中通过，使母带表面附近的钢水迅速降温， 在母带表面凝固形成新生相，并在新生相还处于半凝固状态 时进行轧制，得到表面平整、厚度均匀的热轧薄带。该方法 工艺简单，产品质量高，利于环保，但是操作难度大。 反向凝固技术可用来制造复合钢带。当复合层钢种和母 带钢种不同时，如复合层选用不锈钢而母带为碳素钥，则反 向凝固工艺可用来连续生产复合薄带。与其它复合板的生产 工艺相比，反向凝固复合薄带生产工艺具有如下特点：工艺 流程连续、紧凑；从理论上说，复合钢板的种类选择范围大， 工艺调整简单方便；生产薄规格的复合板具有明显优势；能 量利用率高；近终形连铸工艺，投资少操作成本低。
液-液相复合法-----电磁连铸
借助水平电磁场生产复合钢坯的连铸工艺。 水平磁场安装在结晶器下部，两种化学成分不 同的钢水同时分别通过长、短浸入式水口注入 水平磁场之上和之下的部位。当不采用水平磁 场时，分别来自两个水口的钢流将引起结晶器 内两种钢液对流混合。采用水平磁场时，作用 在钢流上的制动力(洛仑兹力)垂直穿过水平磁场， 抑制了两种钢液的混合，而且水平磁场成为一 个分界线．依靠磁流体力作用把结晶器熔池分 成上、下两部分。通过水冷铜结晶器的冷却作 用。上部熔池的钢液凝固成为复合钢坯的外层。 下部熔池的钢液在外壳的里边凝固形成复台钢 坯的内芯。
结语----复合板材生产
层状金属复合材料的生产工艺方法很多，其中适合黑色金属复合板材生 产，真正用于工业生产的复合方法有：轧制复合法、爆炸复合法、离心浇注 复合法。其中离心浇注复合法是目前比较先进的方法，具有产品质量好、工 艺流程短、节约能源等特点。随着工艺技术不断完善，将会得到推广和普及。 由于各有局限性，以上几种制备方法目前尚不能完全替代，只能并存和 互补。如爆炸复合法可以实现特殊材料的复合，对于熔点相差悬殊、热膨胀 系数以及硬度差别大的金属复合，如锆/钢复合板等只有爆炸复合法能完成。 固-固相复合法要对原材料表面进行清理，工序比较多，不能实现连续 生产；液-固相复合法虽然工序简化了一些，但其操作控制上有一定的难度， 产品尺寸精度控制比较困难。最大的问题是工艺流程长，不节约能源。 采用液-液相铸轧法生产复合板，可实现连铸连轧、批量生产，生产工 艺流程简单，能源消耗少、制造成本低，具有良好的开发前景，因此必将成 为复合板生产工艺的主流发展方向。
该生产工艺操作容易，无污染，材料复合强度高，适合于大批量生产 而且可通过计算机模拟来实现工艺的最佳控制，这是其他方法所无法比拟 的。它必会日益受到人们的重视。
液-液相复合法----离心浇注法
离心浇注是一种传统的铸造方法，主 要生产管材和板材。方法是先铸出复合管 坯，再进行挤压、轧制成管材；或者将复 合管坯纵向剖开制成板坯，再轧制成板材。 该方法很好地解决了复合界面的冶金溶合 问题，结合强度高。 离心铸造复合金属的关键是要控制好 两种金属复合浇注的时间，并且需保证钢 渣和生成的氧化铁皮在旋转中浮出钢水， 浮在内表面。该方法不用防氧化保护，铸 坯更质密。 由于离心铸造管坯工艺流程短，生产 成本低，因此特别适合特种钢，多品种， 小批量生产，生产组织灵活。北京科技大 学开发此方法制造金属复合材和板材已取 得成功。
固-固相复合法-----扩散焊接法
扩散焊接是把要复合的材料加热到一定温度以后再加压，靠原子扩散使 其结合的方法。此方法可对性能和尺寸相差悬殊的材料实行焊接。 其优点在于焊接接合处的显微组织与母材非常接近，不存在过热组织的 热影响区，焊接质量均匀。缺点是生产率低，而且对生产设备与厂房条件有 较高要求。 影响扩散焊过程和接头质量的主要因素是温度压力扩散时间和表面粗糙 度。
固-固相复合法-----爆炸+轧制法
爆炸焊接复合法可以生产不同金属组合的层状复合板，而且通过调整 爆炸工艺参数复合板面积可以达到十几至几十平方米。但是，对于生产较 薄的(≤6mm)和对表面质量要求较高的层状金属复合板则比较困难。 轧制复合法虽然可以生产不同厚度和表面质量较高的层状复合板，但 是复合板的组元成份和宽度受到轧机轧制能力限制。 在综合这两种生产方法的优缺点后，采用先通过爆炸复合法制备较厚 的复合板坯，再根据不同的要求，通过热轧或冷轧或热轧+冷轧的工艺轧制 成所需的复合板。 一般来说，制备3mm以下的层状复合板时，轧制工艺包括热轧和冷轧 两个步骤。热轧主要是为了获得要求的板材厚度，总加工量较大；冷轧主 要是为了获得最终精确的板材厚度尺寸和理想的表面，总加工量较小。爆 炸复合+轧制法兼有爆炸复合法和轧制复合法生产的优点，增加了生产的灵 活性，便于推广。缺点是产量、生产率及成材率都比较低，产品质量差， 尺寸精度低。
液-固相复合法----浇铸复合法
它是将一种材料(固相)和另一种材料(液相)在铸模内进行组合，液态金属 凝固后形成复合材料。将两块钢扳叠合，内层涂上剥离剂，四周焊合后放在 盛有金属渡的铸模中，待液态金属凝固后进行初轧，最后将焊合的边部切掉， 即得到两块复合板。目前，此方法已经应用于生产。 连续铸挤法也是与此类似的液-固相复合方法。在适当温度及压力下可实 现较高的复合强度．此铸法工艺简单，复合板强度大，成本低，可用于批量 生产。其缺点是为了避免被钢水熔化复层板需要有一定厚度，因而板厚和板 重受到限制。由于复合金属与基体金属熔点不同，在两者的结合部位容易生 成熔损，因此难以得到质量优良的复合钢板．只有在复层金属和基体金属为 同种金属的情况下，才能进行工业性生产。
固-固相复合法-----爆炸焊接
爆炸焊接是利用炸药爆炸所产生的能量作为 能源，使覆板碰向基板，在双金属间产生瞬间高 温和高压，在被焊接的金属间形成牢固结合的一 种焊接方法。爆炸焊接的界面具有金属的塑性变 形、熔化、扩散等特征。其工艺示意图如右。 爆炸焊接以前被认为是压力焊，熔化焊，扩 散焊“三位一体”的焊接技术。但进一步研究表 明，爆炸焊接是一种特殊的压力焊接。它符合压 力焊接过程的三阶段：第一阶段是物理接触的形 成阶段，双金属的原子依靠塑性变形在整个接触 面上相互接近到能引起物理作用或化学作用的距 离。第二阶段是接触表面化学相互作用阶段，双 金属接触表面激活并形成化学键，实现双金属间 的结合。第三阶段是扩散阶段，双金属在完成物 理接触实现初步结合后，各组元中的原子通过扩 散增进结合强度。爆炸焊接满足压力焊接的三阶 段理论，因此是一种特殊的压力焊。
1-炸药 2-复合板 3-基板
爆炸焊接与其他常用的金属焊接方法相比较，有其显著的优点。该方 法适用于广泛的金属组合，特别是待复合金属性质相差较大和对结合区易 生成脆性中间相的金属组合时更具优势，复合件的尺寸和形状规格不受设 备条件的限制，不需要成套复杂设备及特别的表面处理工艺(爆炸复合法具 有自清理作用)。 爆炸复合材料具有很高的结合强度和再加工性能，但也存在一些问题 和缺点，比如爆炸时会产生冲击波、噪声、震动及环境污染，爆炸场地选 择困难，而且爆炸大多在露天进行，机械化程度低，劳动条件差，不适宜 连续生产等。
反向凝固连铸复合法
包覆层连续铸造法（CPC）
1-复合带材;2-平整轧辊;3-凝固层; 4-熔融金属液; 5-熔池;6-母带
轧辊辊芯材料1；防氧化涂料2 感应热线圈3；金属液4 感应加热线圈5；浇口杯6 石墨隔离环7；结晶器8 复合辊外层9
液-固相复合法----喷镀复合法
喷镀复合法是一种用专用设备把某种固体材料融化并加速喷射到基件表面 上，形成一层特制薄层，经热处理后达到复合，以提高基件耐蚀、耐磨、耐高
温等性能的新兴材科技术。
喷镀复合法的技术特点是取材范围广，可用于多种基体，被喷涂物件大 小—般不受限制。涂层厚度较易控制，具有成本低，经济效益显著等优点。 喷涂材料为金属，利用热源将其熔化或软化，靠热源自身动力或外加压缩 气流，将熔滴雾化或推动熔粒成喷射的粒束，以一定速度喷射到基体表面形成 涂层。使用的热源有气体燃烧火馅、气体放电热、电热和激光。工件经过喷涂 处理，可以提高其防腐性、耐热性和耐磨性，增加其厚度或修复尺寸等。
固-固相复合法-----挤压复合法
挤压复合法主要用于生产双金属的管、棒、线材及简单断面的型 材．其方法是将要复合的异种金属表面清理后组装成挤压坯，然后在适当 温度、挤压比下进行挤压，在压力作用下使金属紧密接触并达到复台。 此方法特别适用于生产连续的长方形与矩形断面的复合型材。缺点是 挤压复合的材料范围受限制，要求大功率的挤压机，而且不能连续化生产， 材料利用率较低。