專利名稱：基于冷變形再結(jié)晶過(guò)程生產(chǎn)金屬?gòu)?fù)合材料的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用冷作變形硬化后進(jìn)行熱處理來(lái)改變物理性能并導(dǎo)致金屬?gòu)?fù)合的方 法，尤其涉及將兩塊或多塊不同材質(zhì)的金屬材料或多塊同種材質(zhì)的材料復(fù)合為一體的工藝 方法。
背景技術(shù)：
將同種或兩種不同金屬材料緊密復(fù)合在一起的方法一般是采用焊接結(jié)合、爆炸復(fù) 合或軋制復(fù)合的工藝。焊接復(fù)合方法只能將金屬材料周邊對(duì)接部分焊接在一起，不能實(shí)現(xiàn) 金屬材料板面間大面積的結(jié)合。爆炸復(fù)合雖然不受邊緣復(fù)合的限制，但復(fù)合過(guò)程往往需要 使用大量炸藥，通過(guò)爆炸產(chǎn)生動(dòng)力。這種方法會(huì)產(chǎn)生爆炸噪聲、強(qiáng)烈的沖擊及煙氣污染， 在成熟的地區(qū)周邊是不可以進(jìn)行生產(chǎn)的，加之炸藥采購(gòu)及使用也必須申批特許證，管理十 分嚴(yán)格。軋制復(fù)合是依據(jù)材料間的擴(kuò)散原理，須將金屬材料加熱到奧氏體區(qū)即1150°C 1250°C高溫范圍，并在大壓縮比塑性變形條件下才能實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，利用冷作變形硬化后進(jìn)行熱處理來(lái)改變其物理性能并導(dǎo)致復(fù) 合現(xiàn)象而提出的一種基于冷變形再結(jié)晶過(guò)程金屬?gòu)?fù)合材料的工藝方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種基于冷變形再結(jié)晶過(guò)程生產(chǎn)金屬?gòu)?fù)合材料的工藝方法，其特征在于包括下 述工藝步驟(1. 1)通過(guò)機(jī)械加工方法使兩塊和/或多塊相同材質(zhì)和/或不同材質(zhì)的金屬表面 產(chǎn)生冷作硬化層，并使加工處理后的金屬表面平整清潔；(1. 2)將兩塊和/或多塊經(jīng)步驟(1. 1)處理后的金屬表面相向?qū)φ睾?，并緊密貼 合在一起，成為一塊組合坯；(1.3)將步驟(1.2)的組合坯置于平臺(tái)或真空裝置中，在單位壓緊力為0.3 2Mpa和/或真空度為0. 5pa lX10_2pa情況下焊接密封周邊結(jié)合縫，或先焊接密封周邊， 在縫隙留口處抽取真空后再將真空接口封死；(1. 4)將步驟(1. 3)的組合坯放入加熱爐，按規(guī)定的升溫速度加熱到所述材料的 回復(fù)、再結(jié)晶溫度區(qū)間以上，所述溫度區(qū)間按下式確定Tff=0. 4T 并保持一定時(shí)間，使兩 塊和/或多塊材質(zhì)相同和/或不同的金屬界面結(jié)合為一體。所述的機(jī)械加工方法，包括銑削、銫削、磨削和/或車削的加工過(guò)程。所述不同材質(zhì)的金屬材料主要包括不銹鋼與碳素鋼的復(fù)合碳素鋼板/管兩面與 不銹鋼的復(fù)合；碳素鋼一面與不銹鋼復(fù)合，另一面與鈦金屬?gòu)?fù)合，以及三種金屬的三層復(fù) 合；碳鋼與有色金屬?gòu)?fù)合。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)顯而易見，主要表現(xiàn)在(1)可以經(jīng)濟(jì)方便地生產(chǎn)兩種金屬材料的復(fù)合材料；
(2)可為軋鋼或鍛造行業(yè)提供相同或不同材質(zhì)的多層復(fù)合的特厚鋼坯，為軋制優(yōu) 質(zhì)板材奠定了基礎(chǔ)；(3)利于提高厚鋼板的質(zhì)量和成材率。


本發(fā)明有附圖1幅，其中圖1是本發(fā)明的工藝流程框圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示。一種基于冷變形再結(jié)晶過(guò)程生產(chǎn)金屬?gòu)?fù)合材料的工藝方法，其特征 在于包括下述工藝步驟首先將兩塊同種材質(zhì)或兩種不同材質(zhì)的金屬材料的表面采用機(jī) 械方法加工，去除表面金屬層，旨在金屬加工面上形成冷作硬化的變形層面，即在金相組織 上使得界面晶粒產(chǎn)生拉伸、錯(cuò)位變形，表層間晶粒壓縮并使加工后表面達(dá)到平整光潔。兩材料表面的加工可以采用刨床、銑床、磨床等機(jī)械切削加工方法中的任意一種 或其組合，加工過(guò)程中的材料面層組織會(huì)產(chǎn)生較大的塑性變形，使晶格扭曲、畸變、晶粒 間滑移以及晶粒被拉長(zhǎng)，從而使面層產(chǎn)生較大的冷作硬化效果。硬化程度通常能達(dá)到約 30% 150%，可按下式計(jì)算N = (Hv-mg/mgaoo^。加工后可以再采用滾壓的方法進(jìn) 一步增加冷作硬化的程度。其次，將兩塊冷加工后的金屬材料加工面相對(duì)，對(duì)正重合在一起，務(wù)使平面間完全 貼合，在單位壓力為0. 3 2Mpa和/或在真空度為0. 5pa lX10_2pa情況下將兩塊材料結(jié) 合面周邊焊接封閉，或者焊接后抽取真空，然后封閉抽真空的管口。再將加工組合后的金屬材料放置于加熱爐，通過(guò)常規(guī)加熱方法逐漸加熱到該材料 的回復(fù)、再結(jié)晶溫度以上具體溫度應(yīng)按材質(zhì)的不同，分別按下式計(jì)算設(shè)定，Tff=0. 4T 如 碳鋼材料控制升溫到約450°C以上，用以滿足動(dòng)力學(xué)的要求。隨著溫度的上升，兩材料界面 的冷加工變形層開始釋放彈性畸變能，并產(chǎn)生回復(fù)作用，與兩貼合的金屬界面緊密毗鄰的 冷加工硬化層發(fā)生位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，滑移面上位錯(cuò)相遇時(shí)材料組織交織在一起，并產(chǎn)生許多的晶 體即亞晶；當(dāng)加熱溫度繼續(xù)升高時(shí)產(chǎn)生再結(jié)晶，冷加工面產(chǎn)生的加工硬化消除，拉長(zhǎng)的變形 晶粒，變?yōu)樾碌牡容S晶粒，這些晶粒既在變形層先產(chǎn)生無(wú)畸變的晶核，然后再在變形的金屬 基體中逐步長(zhǎng)大。加工時(shí)的變形硬化程度越大，材料再結(jié)晶后的結(jié)晶越細(xì)，加熱溫度越高、 再結(jié)晶速度越快、結(jié)晶晶粒越大。于是，通過(guò)金屬的回復(fù)、再結(jié)晶使兩界面之間的材料組織 交織結(jié)合，兩塊材料組織融合為一體。本發(fā)明將同種或兩種不同金屬材料緊密復(fù)合在一起，并在結(jié)合層間形成一定的結(jié) 合強(qiáng)度?？梢杂糜诓讳P鋼板與普碳鋼板的復(fù)合，鈦板與普碳鋼板的復(fù)合等；也包括用于將同 種材料的薄料多層復(fù)合為厚料，如將目前厚度為100mm 300mm的連鑄鋼坯兩層或多層復(fù) 合為300mm 1000mm的特厚鋼坯材料，就可作為軋鋼廠的厚鋼坯原料，再通過(guò)現(xiàn)有的熱軋 工藝軋制成80mm 300mm及以上厚度的特厚鋼板，或者通過(guò)鍛造工藝加工制作為特厚零部 件。實(shí)施例1將一塊10mm厚不銹鋼板與一塊30mm厚度Q235鋼板復(fù)合。先分別將兩種金屬材料的一個(gè)面采用銑床加工，獲得平整光潔的表面，加工硬化程度約100%。清潔兩加工表面后，將兩材料加工硬化面相對(duì)貼合緊密重合在一起，以單位壓力 0. 3 2Mpa在壓力機(jī)上壓緊或在0. 5pa lX10_2pa的真空狀態(tài)下焊接密封周邊結(jié)合縫；將 材料進(jìn)行加熱，逐步加熱到650°C以上，保溫約1小時(shí)后緩冷，兩塊材料復(fù)合為一體。用同樣 方法可以獲得中間層為普碳鋼、上下兩層為不銹鋼材料的雙面復(fù)合材料。實(shí)施例2將兩塊200mm厚度Q235連鑄鋼坯復(fù)合。先分別將兩塊鋼坯材料的一個(gè)面采用銑 床加工，獲得平整清潔的表面，加工硬化程度約100%。對(duì)兩加工面吹掃、清潔后，將兩材料加工硬化面相對(duì)貼合緊密重合在一起，在壓力 機(jī)以單位壓力0. 3 2Mpa壓緊或在0. 5pa lX10_2pa的真空狀態(tài)下焊接密封周邊結(jié)合縫；將材料進(jìn)行加熱，逐步加熱到650°C以上，保溫約2小時(shí)后緩冷，兩塊材料相對(duì)面 層結(jié)合為一體。作為熱軋鋼板的特厚板坯材料使用。也可以在650°C保溫后，兩材料已復(fù)合 為一體，繼續(xù)加熱到軋制要求的溫度，直接用于軋制生產(chǎn)鋼板。也可以用于加熱后鍛造為較 厚的機(jī)械零部件。
權(quán)利要求
1.一種基于冷變形再結(jié)晶過(guò)程生產(chǎn)金屬?gòu)?fù)合材料的工藝方法，其特征在于包括下述 工藝步驟(1. 1)通過(guò)機(jī)械加工方法使兩塊和/或多塊相同材質(zhì)和/或不同材質(zhì)的金屬表面產(chǎn)生 冷作硬化層，并使加工處理后的金屬表面平整清潔；(1. 2)將兩塊和/或多塊經(jīng)步驟(1. 1)處理后的金屬表面相向?qū)φ睾?，并緊密貼合在 一起，成為一塊組合坯；(1. 3)將步驟(1. 2)的組合坯置于平臺(tái)或真空裝置中，在單位壓緊力為0. 3 2Mpa和 /或真空度為0. 5pa lX10_2pa情況下焊接密封周邊結(jié)合縫，或先焊接密封周邊，在縫隙留 口處抽取真空后再將真空接口封死；(1.4)將步驟(1.3)的組合坯放入加熱爐，按規(guī)定的升溫速度加熱到所述材料的回復(fù)、 再結(jié)晶溫度區(qū)間以上，所述溫度區(qū)間按下式確定Tff=0. 4T 并保持一定時(shí)間，使兩塊和/ 或多塊材質(zhì)相同和/或不同的金屬界面結(jié)合為一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于冷變形再結(jié)晶過(guò)程生產(chǎn)金屬?gòu)?fù)合材料的工藝方法，其特 征在于所述的機(jī)械加工方法包括銑削、銫削、磨削和/或車削的加工過(guò)程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于冷變形再結(jié)晶過(guò)程生產(chǎn)金屬?gòu)?fù)合材料的工藝方法，其特 征在于所述不同材質(zhì)的金屬材料主要包括不銹鋼與碳素鋼的復(fù)合；碳素鋼板/管兩面與不 銹鋼的復(fù)合；碳素鋼一面與不銹鋼復(fù)合，另一面與鈦金屬?gòu)?fù)合，以及三種金屬的三層復(fù)合； 碳鋼與有色金屬?gòu)?fù)合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于冷變形再結(jié)晶過(guò)程生產(chǎn)金屬?gòu)?fù)合材料的工藝方法，旨在用于將兩塊或多塊不同材質(zhì)的或者同種材質(zhì)的金屬材料復(fù)合。其主要步驟是首先，將兩塊金屬材料采用機(jī)械加工方法去除表面層，主要在加工面上形成冷作硬化和使其表面達(dá)到平整清潔；其次，將所述的金屬材料加工面相向?qū)φ睾希⑼耆N合，在壓力壓緊和/或在真空情況下將兩塊材料結(jié)合面周邊焊接；再將焊后的組合坯逐漸加熱到該材料的回復(fù)、再結(jié)晶溫度T再＝0.4T熔以上，使兩塊金屬材料的組織融合為一體。本發(fā)明可用于不銹鋼板與普碳鋼板的復(fù)合，鎳、鈦金屬與普碳鋼板的復(fù)合等，也包括用于將同種材料的薄料多層復(fù)合為厚料。
文檔編號(hào)B23P17/00GK102000960SQ201010279158
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者孟亮 申請(qǐng)人:大連重礦設(shè)備制造有限公司