一种以薄铝板为中间层感应加热轧制复合铝/钢的方法

1.本发明涉及金属层状复合材料技术领域，尤其涉及一种以薄铝板为中间层感应加热轧制复合铝/钢的方法。


背景技术：

2.铝/钢双金属复合板是一种以铝合金板材为复合板的覆层，以碳钢或低合金钢为复合板增强基体的复合板材。铝/钢金属复合板不仅具备钢的高强度、良好塑性而且具有铝的耐腐蚀性、导热导电性优良等特点，逐渐发展成为复合材料领域的一个重要研究方向。铝/钢双金属复合板材在机械、电子电器、航空航天、汽车等行业具有广阔的发展空间及应用前景。
3.目前铝/钢复合板轧制复合法主要有冷轧和热轧两种方式。冷轧铝/钢界面初步结合一般需要50％以上的单道次压下率，这对于厚规格的铝/钢轧制复合来说，对轧机轧制能力具有很高的要求，而且冷轧存在复合强度不高的问题。为了降低复合所需压下率，研究人员采用热轧法制备铝/钢复合板，但热轧复合时厚铝板的变形抗力急剧下降，而厚钢板的变形抗力变化较小，导致钢的变形量特别小，相对于铝的变形基本没有变化。由于铝/钢轧制复合时的变形不一致，当铝/钢各层均较厚时，结合界面会产生较大剪应力不利于复合，另外，成品铝/钢复合板的铝层厚度也难以控制。综上所述，各层均较厚的铝/钢轧制复合不论是冷轧工艺还是热轧工艺，都难以实现在较小压下率的条件下获得较高的结合强度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种以薄铝板为中间层感应加热轧制复合铝/钢的方法，采用在厚铝板和厚钢板之间添加薄铝板，利用具有聚磁效应的厚钢板在纵磁感应加热中可迅速被加热至居里点温度左右的特点，使用感应加热将厚钢板快速加热至居里点温度，通过厚钢板传热使薄铝板接近熔融状态，而厚铝板依旧处于低温，在厚铝板/薄铝板/厚钢板异温状态下进行轧制复合，可在较小压下率使变形集中在熔融状态的薄铝板，在高温和摩擦力的作用下，薄铝板的大变形使厚铝板和厚钢板待复合面的钝化膜破碎，促进薄铝板分别与厚铝板和厚钢板发生高强度结合，最终得到厚规格的铝/钢复合板
5.本发明采用的技术方案如下：
6.本发明所提出的一种以薄铝板为中间层感应加热轧制复合铝/钢的方法，包括以下步骤：
7.步骤s1、准备薄铝板、厚铝板和厚钢板并对其钻孔加工：在薄铝板、厚铝板和厚钢板进入轧机端部相同位置钻通孔；
8.步骤s2、表面处理：清理步骤s1中得到的薄铝板、厚铝板和厚钢板表面的氧化物和油污；
9.步骤s3、铆接预装：板坯顺序按照厚铝板-薄铝板-厚钢板进行组装，并通过步骤s1中预制的通孔，使用不锈钢铆钉铆接实现铆接预装，得到待复合板坯；
10.步骤s4、感应加热：对步骤s3中的待复合板坯进行感应加热，加热过程中薄铝板通过与厚钢板接触热传导快速升温至接近熔融状态，而厚铝板的非铁磁性限制无法在感应加热中快速升温，因此得到了厚钢板与薄铝板的温度远大于厚铝板温度的异温待复合板坯；
11.步骤s5、轧制制备：通过导轨迅速将步骤s4中得到的异温待复合板坯推入轧机，经轧制后得到铝/钢复合板。
12.进一步的，所述步骤s1中，薄铝板的型号为1060铝或5083铝合金或6061铝合金，其厚度为0.5-2mm；厚铝板和厚钢板的厚度为5-20mm；厚铝板为5系或3系铝合金；厚钢板为具有聚磁效应的钢板。
13.进一步的，所述步骤s2具体包括：采用砂纸或钢丝刷打磨厚钢板去除其表面的氧化物；使用砂纸打磨薄铝板和厚铝板去除其表面的氧化物，并采用丙酮和酒精将其表面的油污擦拭干净，再利用风机吹干备用。
14.进一步的，所述步骤s3中，在厚铝板与薄铝板之间设置有不锈钢垫片。
15.进一步的，所述薄铝板与厚铝板之间使用1mm厚度的带孔不锈钢垫片分隔开，形成厚铝板-不锈钢垫片-薄铝板-厚钢板的铆接形式。
16.进一步的，所述步骤s4中，感应加热使用环形纵磁感应加热线圈；感应加热功率调节至钢板升温速度为75-150℃/s，加热至750-770℃后保持功率不变继续加热5-10s；感应加热期间通入氩气保护气。
17.进一步的，所述步骤s5中，异温待复合板坯的轧制采用轧机进行单道次轧制；步骤s4结束后迅速将异温待复合板坯经导轨推入轧机，轧制速度为50-200mm/s，单道次压下率为10％-35％。
18.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
19.本发明与现有铝/钢双金属复合工艺相比，能够克服现有技术中铝/钢双金属复合板在复合轧制时需要单道次较大压下率才能实现初步复合的问题，在单道次压下率为34％的条件下，通过拉伸试验机测得当薄铝板为1060铝时复合板剪切强度为72mpa以上，相对于不添加薄铝板时的复合困难、无法复合是技术性突破；在压下率为25％时，测得复合板剪切强度为69mpa以上，同时相比于单道次55％的条件下轧制，不仅降低了轧机设备的轧制能力的要求，复合强度较单道次提升19mpa；在34％压下率改变薄铝板牌号情况下，通过拉伸试验机测得5083铝合金薄铝板复合板剪切强度可达到80-90mpa，6061铝合金薄铝板复合板剪切强度可达到90-100mpa。
附图说明
20.图1为本发明方法的流程示意图；
21.图2为本发明方法中待复合板坯的示意图；
22.图3为本发明的导轨示意图；
23.图4为本发明的纵磁感应加热线圈示意图；
24.图5为本发明的感应加热异温轧制的示意图；
25.图6为实例中压下率为34％的剪切强度-应变关系图；
26.图7为实例中复合界面sem图。
27.其中，附图标记：1-厚铝板；2-厚钢板；3-薄铝板。
具体实施方式
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.本发明所提出的一种以薄铝板为中间层感应加热轧制复合铝/钢的方法，如图1所示，具体实施过程如下：
30.步骤s1、准备形状对应的厚铝板1、厚钢板2和薄铝板3，并对厚铝板1、厚钢板2和薄铝板3进行钻孔加工：即在薄铝板3、厚铝板1和厚钢板2进入轧机端部相同的位置处钻通孔；其中，所述薄铝板3的型号为1060铝或5083铝合金或6061铝合金，其厚度为0.5-2mm；厚铝板1和厚钢板2的厚度为5-20mm；厚铝板1为5系或3系铝合金；厚钢板2为具有聚磁效应的钢板。
31.步骤s2、表面处理：清理步骤s1中得到的薄铝板3、厚铝板1和厚钢板2表面的氧化物和油污；具体过程包括：采用砂纸或钢丝刷打磨厚钢板2，去除其待复合表面的氧化物；使用砂纸打磨薄铝板3和厚铝板1，去除其待复合表面的氧化物，并采用丙酮和酒精将其表面的油污擦拭干净，再利用风机吹干备用。
32.步骤s3、铆接预装：板坯顺序按照厚铝板-薄铝板-厚钢板进行组装；本实施例中，所述薄铝板3与厚铝板1之间使用1mm厚度的带孔不锈钢垫片分隔开，形成厚铝板-不锈钢垫片-薄铝板-厚钢板的铆接形式；通过步骤s1中预制的通孔，使用不锈钢铆钉铆接实现各部分的铆接预装，得到待复合板坯；
33.步骤s4、感应加热：对步骤s3中的待复合板坯进行感应加热，感应加热使用环形纵磁感应加热线圈(如图3所示)；感应加热功率调节至钢板升温速度为75-150℃/s，加热至750-770℃后保持功率不变继续加热5-10s；感应加热期间通入氩气保护气；加热过程中薄铝板3可通过与厚钢板2接触热传导快速升温至接近熔融状态(660℃)，而厚铝板1的非铁磁性限制无法在感应加热中快速升温，同时低导热效率的不锈钢垫片断绝了薄铝板3与厚铝板1的接触传热，因此得到了厚钢板2与薄铝板3的温度远大于厚铝板1温度的异温待复合板坯；
34.步骤s5、轧制制备：通过导轨迅速将步骤s4中得到的异温待复合板坯推入轧机，经轧制后得到铝/钢复合板；其中，轧制采用轧机进行单道次轧制；步骤s4结束后迅速将异温待复合板坯经导轨(如图4所示)推入轧机(如图5所示)，轧制速度为50-200mm/s，单道次压下率为10％-35％。
35.通过制备剪切试件，在压下率34％的条件下，通过拉伸试验机测得复合板剪切强度为85mpa(如图6所示)，降低了轧机设备的轧制能力的要求，针对同厚度同压下率下的铝/钢不能实现有效的复合，提供了有效的解决方案。
36.下面通过具体实例对本发明作进一步说明：
37.利用5083薄铝板使待轧制q235厚钢板与待轧制5083厚铝板复合轧制的实例；具体过程如下：
38.步骤s1、薄铝板、厚铝板、厚钢板钻孔加工：使用台钻在尺寸为120
×
40mm厚度为5mm的5083厚铝板和q235厚钢板，尺寸为120
×
40mm厚度为0.5mm的5083薄铝板入轧机端部相同位置钻4mm通孔；
39.步骤s2、表面处理：用砂纸或钢丝刷打磨q235厚钢板去除待复合表面的氧化物，使用砂纸打磨5083薄铝板和5083厚铝板去除待复合表面的氧化物并用丙酮和酒精将待复合表面的油污擦拭干净，再用风机吹干备用；
40.步骤s3、铆接预装：板坯顺序按照5083厚铝板-5083薄铝板-q235厚钢板组装，其中待复合板坯的5083薄铝板板与q235厚钢板紧密贴合放置，5083薄铝板板与5083厚铝板使用1mm带孔不锈钢垫片隔开，并利用步骤s1中预制通孔使用不锈钢铆钉铆接实现铆接预装；
41.步骤s4、感应加热：对步骤s3中的待复合板坯进行感应加热，使用纵磁感应加热线圈加热，加热过程中q235厚钢板传热至5083薄铝板板，调节功率至钢板升温速度为75℃/s，加热至750℃后保持功率不变继续加热5s，感应加热期间通入氩气保护气；
42.步骤s5、轧制制备：步骤s4结束后迅速将异温待复合板坯经导轨推入轧机，轧制速度为57.6mm/s，压下率为34％，轧制期间通入氩气保护气，实现铝/钢双金属复合板的复合。
43.综上所述，本发明最终得到的铝/钢复合板，铝/钢在较低的压下率下即可实现有效结合，降低了临界复合变形率，大幅降低了对轧机的能力要求；测得的铝/钢复合界面的结合强度大于85mpa。与现有的一步热轧或冷轧制备铝/钢复合板方法相比，本发明以薄铝板为中间层感应加热轧制复合铝/钢的方法，通过利用感应加热异温轧制制备铝/钢复合板，在较小压下率下实现高结合强度的铝/钢结合界面，中间薄铝板的加入使变形集中在薄铝板，最终实现了加大厚度铝层厚度的成品铝/钢复合板，为工业上实现以市场需求为主导的多品种多规格高性能复合板材的生产提供了可行的技术方案。
44.本发明未详尽事宜皆为公知技术。
45.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种以薄铝板为中间层感应加热轧制复合铝/钢的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤s1、准备薄铝板、厚铝板和厚钢板并对其钻孔加工：在薄铝板、厚铝板和厚钢板进入轧机端部相同位置钻通孔；步骤s2、表面处理：清理步骤s1中得到的薄铝板、厚铝板和厚钢板表面的氧化物和油污；步骤s3、铆接预装：板坯顺序按照厚铝板-薄铝板-厚钢板进行组装，并通过步骤s1中预制的通孔，使用不锈钢铆钉铆接实现铆接预装，得到待复合板坯；步骤s4、感应加热：对步骤s3中的待复合板坯进行感应加热，加热过程中薄铝板通过与厚钢板接触热传导快速升温至接近熔融状态，而厚铝板的非铁磁性限制无法在感应加热中快速升温，因此得到了厚钢板与薄铝板的温度远大于厚铝板温度的异温待复合板坯；步骤s5、轧制制备：通过导轨迅速将步骤s4中得到的异温待复合板坯推入轧机，经轧制后得到铝/钢复合板。2.根据权利要求1所述的一种以薄铝板为中间层感应加热轧制复合铝/钢的方法，其特征在于：所述步骤s1中，薄铝板的型号为1060铝或5083铝合金或6061铝合金，其厚度为0.5-2mm；厚铝板和厚钢板的厚度为5-20mm；厚铝板为5系或3系铝合金；厚钢板为具有聚磁效应的钢板。3.根据权利要求1所述的一种以薄铝板为中间层感应加热轧制复合铝/钢的方法，其特征在于：所述步骤s2具体包括：采用砂纸或钢丝刷打磨厚钢板去除其表面的氧化物；使用砂纸打磨薄铝板和厚铝板去除其表面的氧化物，并采用丙酮和酒精将其表面的油污擦拭干净，再利用风机吹干备用。4.根据权利要求1所述的一种以薄铝板为中间层感应加热轧制复合铝/钢的方法，其特征在于：所述步骤s3中，在厚铝板与薄铝板之间设置有不锈钢垫片。5.根据权利要求4所述的一种以薄铝板为中间层感应加热轧制复合铝/钢的方法，其特征在于：所述薄铝板与厚铝板之间使用1mm厚度的带孔不锈钢垫片分隔开，形成厚铝板-不锈钢垫片-薄铝板-厚钢板的铆接形式。6.根据权利要求1所述的一种以薄铝板为中间层感应加热轧制复合铝/钢的方法，其特征在于：所述步骤s4中，感应加热使用环形纵磁感应加热线圈；感应加热功率调节至钢板升温速度为75-150℃/s，加热至750-770℃后保持功率不变继续加热5-10s；感应加热期间通入氩气保护气。7.根据权利要求1所述的一种以薄铝板为中间层感应加热轧制复合铝/钢的方法，其特征在于：所述步骤s5中，异温待复合板坯的轧制采用轧机进行单道次轧制；步骤s4结束后迅速将异温待复合板坯经导轨推入轧机，轧制速度为50-200mm/s，单道次压下率为10％-35％。

技术总结
本发明涉及一种以薄铝板为中间层感应加热轧制复合铝/钢的方法，包括步骤S1、薄铝板、厚铝板、厚钢板钻孔加工；步骤S2、表面处理；步骤S3、铆接预装；步骤S4、感应加热；步骤S5、坯料轧制；本发明能够克服现有技术中铝/钢需要单道次较大压下率才能实现复合的技术问题，通过在厚铝板和厚钢板之间添加薄铝板，组坯复合后经感应加热在小压下率轧制条件下即可实现较厚的铝/钢复合，并且得到的铝/钢复合板具有较高的结合强度。高的结合强度。高的结合强度。


技术研发人员：余超 张文哲 姜润五 吴玉华 肖宏
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/8/14