一種雙金屬復合板帶材固液振動鑄軋設備及方法與流程

本發明涉及金屬的軋制，具體涉及一種雙金屬復合板帶材固液振動鑄軋設備及方法。

背景技術：

隨著現代科技的發展，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，兼具結構和功能的綜合特性。雙金屬復合板是將物理、化學性能各異的兩種金屬通過適當工藝復合而成的一種層狀復合材料，通過發揮各自的性能優勢，實現單一金屬板無法達到的綜合性能，節約貴重金屬材料。選擇不同金屬層的抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊、韌性、強度、熱傳導性、電磁性能、熱膨脹等特性，可制備出具有多種優異性能的復合材料。目前被試驗可以復合的金屬組合達百余種，其中，鋼-鋁復合板、鈦-鋼復合板、銅-鋁復合板等多種復合產品已被廣泛應用于建筑、航空航天、石油化工、交通運輸、機械設備、電力和電子等領域，取得了顯著的經濟效益。

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

技術實現要素：

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

本發明目的通過下述技術方案來實現：

一種雙金屬復合板帶材固液振動鑄軋設備，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、側封系統、壓下機構以及兩個鑄軋輥，兩個鑄軋輥內部設有多個冷卻水道，其還包括自張緊分卷機構和振動系統，所述兩個鑄軋輥包括壓下側鑄軋輥和振動側鑄軋輥，所述壓下側鑄軋輥與壓下機構連接，所述振動側鑄軋輥安裝于振動系統上，壓下側鑄軋輥與振動側鑄軋輥在機架上呈水平放置，所述振動系統帶動振動側鑄軋輥做上下往復運動，向復合板坯的復合界面施加雙向剪切力；所述自張緊分卷機構位于壓下機構的兩個壓下液壓缸之間，固定在機架上，所述卷取機位于復合板帶材出口處，固態金屬a帶坯纏繞于自張緊開卷機構的張緊輥上，抽出所述帶坯端部經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提供的張緊力使固態金屬a帶坯緊貼于壓下側鑄軋輥輥面；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，所述澆注系統位于兩個鑄軋輥輥縫上方與中間包連通，液態金屬b通過澆注系統從中間包流至振動側鑄軋輥與側封系統和固態金屬a帶坯圍成的熔池中，在振動狀態下經兩個鑄軋輥鑄軋成形，得到雙金屬復合板帶材，所述復合板帶材通過卷取機收納成卷。

優選地，所述振動系統為機械式振動系統、液壓式振動系統或電磁式振動系統；振動系統的振幅及頻率均可調節，振幅調控范圍為0.1～10mm，頻率為1～200hz。

優選地，所述自張緊開卷機構通過彈簧壓緊摩擦片產生的摩擦力進行固態金屬a帶坯的預緊。

一種根據上述設備進行雙金屬復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，并確定復合板帶材厚度和層厚比，調整兩個鑄軋輥間的輥縫，選取適宜厚度的固態金屬a帶坯；

步驟2：將適宜厚度的固態金屬a帶坯纏繞于自張緊開卷機構的張緊輥上，抽出所述帶材端部經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鑄軋輥輥面，將固態金屬b置于中頻爐內加熱至熔融狀態；

步驟3：根據工藝要求，調節兩個鑄軋輥的速度、振動系統的頻率及振幅和鑄軋輥內冷卻水的流量和強度，鑄軋機進入空轉待機狀態；

步驟4：將熔融態的金屬b自中頻爐傾倒于中間包內，靜置到開澆溫度，打開澆注系統的水口，使液態金屬b通過澆注系統從中間包流至兩個鑄軋輥與側封系統和固態金屬a帶坯圍成的熔池中，在振動狀態下經兩個鑄軋輥鑄軋成形，得到金屬a和金屬b的復合板帶材；

步驟5：轉動卷取機，將產出的復合板帶材收納成卷。

優選地，所述步驟4中，通過振動側鑄軋輥振動對雙金屬復合界面施加雙向剪切力，通過調整振幅控制塑性剪切應變量值，通過調整振頻控制雙向剪切次數。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、通過振動側鑄軋輥的振動，可以在復合鑄軋過程中對復合界面施加剪切力，促進復合界面的物理冶金結合，從而對復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-液復合鑄軋中液態金屬的凝固機理，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，從而提高產品質量和生產效率。

4、振動可以改變振動側鑄軋輥與液態金屬之間的換熱效率，從而有效平衡由固態金屬帶坯所帶來的兩側換熱效率之間的差異，從而減少動態凝固終點(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為雙金屬復合板帶材固液振動鑄軋設備結構示意圖。

圖2為圖1所示設備的工作原理圖。

圖3為圖1所示設備的自張緊開卷機構結構示意圖。

圖4為本發明的振動強化復合界面原理圖。

圖中：1-卷取機，2-機架，3-壓下機構，4-自張緊分卷機，5-壓下側鑄軋輥輥系，6-中頻爐，7-中間包，8-澆注系統，9-側封系統，10-振動側鑄軋輥輥系，11-振動系統，12-冷卻水箱，13-冷卻水循環系統，14-熔池，15-鑄軋輥水道，16-產品復合板帶，17-摩擦片，18-摩擦環，19-一體式軸承座，20-張緊輥，21-調節螺母，22-彈簧。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明做進一步說明：

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

參見圖2，立式雙輥振動鑄軋機有兩個并列且轉動方向相反的鑄軋輥，鑄軋輥內設有冷卻水通道15。兩鑄軋輥輥縫上方設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8與由兩鑄軋輥和側封系統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3的兩個壓下液壓缸之間，固定在機架2上(見圖1)。固態金屬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帶坯緊貼于壓下側鑄軋輥的輥面。卷取機1位于復合帶坯出口處。由振動系統11帶動振動側鑄軋輥10做上下往復運動，向復合界面施加雙向剪切力(見圖4)，強制液態金屬b原子的擴散與釘扎，對熔池區的熔融金屬b與固態金屬a帶坯形成振動復合鑄軋的效果，促進復合界面的物理冶金結合，以實現強化復合界面的效果。

如圖3所示，自張緊開卷機構4的張緊輥20的兩側軸端分別安裝在兩側的一體式軸承座19中，摩擦環18通過鍵連接在一側軸端上。摩擦片17在彈簧22的作用下壓緊在摩擦環18上，由摩擦力提供復合鑄軋過程中固態金屬a帶坯的張緊力。可通過調節螺母21控制彈簧彈力從何調節張緊力的大小。

實施例1

以銅-鋁復合板為例，采用本發明設備及方法加工銅-鋁復合板帶材，金屬a選用工業紫銅、金屬b選用工業純鋁，其復合板厚度為2mm，銅鋁厚度比約為1:3，產品寬度為350mm。根據成品厚度規格，設定兩鑄軋輥之間的輥縫為2mm，考慮復合軋制對固態金屬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4的張緊輥20上，抽出帶坯端部經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帶坯緊貼于壓下側鑄軋輥的輥面，將工業純鋁置于中頻爐6內加熱至熔融狀態。調節鑄軋輥的速度至20m/min，設定振動系統11的頻率為25hz，振幅為0.1mm，鑄軋輥內冷卻水壓強為0.5mpa，鑄軋機進入空轉待機狀態。將熔融態工業純鋁自中頻爐6傾倒于中間包7內，靜置到680℃，打開澆注系統8的水口，使液態金屬b通過澆注系統8從中間包7流至鑄軋輥面與側封板和固態金屬a帶坯圍成的熔池14中，在振動狀態下經兩鑄軋輥鑄軋成形，得到銅-鋁雙金屬復合板帶材。轉動卷取機，將產出的復合板帶材收納成卷。