金属复合轧制

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，热轧复合可实现高温、多道次小压下率，逐步积累的方式施加能量而达到牢固结合。

影响结合强度的主要因素：

影响复合轧制过程结合强度的主要因素有：（1）复合界面的预处理；（2）组元层金属变形抗力的差值；（3）相对变形量；（4）组元层金属的原始总厚度及板厚比；（5）金属与辊面金属层间的摩擦系数；（6）轧辊直径；（7）加热温度，等等。冷轧复合时当组元层金属间变形抗力差越小，软金属及其辊面间的摩擦系数越大，原始厚度越小，越能增强变形的均匀性提高结合强度；增大相对变形量，采用大直径轧辊，选取合适的原始厚比等，乃是提高复合板的结合强度及产品精度的重要工艺措施。