一種雙金屬層狀復合線材拉拔成形方法
【專利摘要】一種雙金屬層狀復合線材拉拔成形方法，屬于雙金屬層狀復合線材制備【技術領域】。其特征是，將金屬管坯包套異種金屬棒材、室溫下單道次拉拔預復合、快速加熱、控溫拉拔冶金復合與室溫精拉相結(jié)合，制備高質(zhì)量雙金屬層狀復合線材。本發(fā)明的優(yōu)點是，雙金屬層狀復合線材的復合界面結(jié)合強度高、擴散層薄、復層金屬沿周向及縱向分布均勻、包覆比易于精確控制、無需拉拔中間退火、產(chǎn)品規(guī)格靈活、原材料組合自由度大、產(chǎn)品質(zhì)量和性能優(yōu)異以及易于制備直徑1mm以下微細雙金屬層狀復合線材等優(yōu)點，尤其適合于復合界面易生成金屬間化合物的雙金屬層狀復合線材以及難加工的雙金屬層狀復合線材的制備。
【專利說明】一種雙金屬層狀復合線材拉拔成形方法
[0001]

【技術領域】
[0002]本發(fā)明屬于雙金屬層狀復合線材制備【技術領域】，具體涉及一種雙金屬層狀復合線材拉拔成形方法。
技術背景
[0003]雙金屬層狀復合線材是由兩組元金屬材料通過特殊的制備加工方法，在基體金屬線材表面復合一層復層金屬材料而成的。與單一組元金屬線材相比，經(jīng)過合理設計復合成形的雙金屬層狀復合線材結(jié)合了兩組元金屬材料各自的優(yōu)點，不僅可以節(jié)約貴金屬用量，而且可以獲得單一組元金屬材料所不具有的物理、化學、力學及可焊接等性能[黃伯云，李成功，石力開，邱冠周，左鐵鏞.中國材料工程大典(第5卷有色金屬材料工程(下))[M].北京:化學工業(yè)出版社，2006]。近年來，隨著科學技術的高速發(fā)展，雙金屬層狀復合線材的研制、生產(chǎn)和應用越來越受到重視，成為各國競相研制的高性能新金屬材料之一。迄今為止，雙金屬層狀復合線材已在航空、航天、石油、化工、冶金、機械、汽車、輪船、建筑、核能、電力、電子以及日常生活等領域得到了廣泛應用[屠海令主編.有色金屬進展(第七卷)[M].長沙:中南工業(yè)大學出版社，
[1995]。
[0004]雙金屬層狀復合線材的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法主要包括軋制復合、擠壓復合、鑄造復合、熱浸鍍以及電鍍等，都在一定程度上發(fā)揮了積極作用，在一些雙金屬層狀復合線材的制備上得到了實際應用。但是，這些傳統(tǒng)的雙金屬層狀復合線材成形方法仍然存在著各自的缺點和不足，例如設備投入大、復合界面質(zhì)量較差、包覆比難以精確控制、復合線材的質(zhì)量和性能不穩(wěn)定以及難以滿足不斷提高的使用要求等問題。
[0005]套管拉拔法是制備雙金屬層狀復合線材的另一種傳統(tǒng)方法，通過利用金屬管坯包套相應尺寸的異種金屬棒坯，制成包套復合坯料，經(jīng)室溫拉拔獲得界面為機械結(jié)合的雙金屬層狀復合線材，緊接著進行較長時間擴散退火處理后，獲得復層金屬沿周向及縱向均勻分布的雙金屬層狀復合線材。但是，傳統(tǒng)套管拉拔法也存在著擴散退火時間長、能源消耗大，復合界面的結(jié)合質(zhì)量難以控制、界面擴散層較厚、界面易生成金屬間化合物；由于是室溫拉拔，兩種金屬之間加工硬化速率差別大、塑性變形協(xié)調(diào)困難，兩種金屬難以同步變形、拉拔易斷線，成材率低，包覆比精確控制難度大，產(chǎn)品的質(zhì)量和性能難以滿足使用要求，以及不利于制備直徑Imm以下微細雙金屬層狀復合線材等問題。
[0006]因此，亟待開發(fā)一種獲得包覆比精確控制和界面質(zhì)量優(yōu)異的高質(zhì)量雙金屬層狀復合線材的高效率、節(jié)能降耗、低成本生產(chǎn)方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明是采用內(nèi)表面經(jīng)過處理的金屬(以下簡稱“復層金屬”)管坯包套表面經(jīng)過處理的異種金屬(以下簡稱“芯部金屬”)棒材，在室溫條件下進行單道次拉拔預復合(以下簡稱“套管復合預冷拉”)，獲得預復合雙金屬層狀復合線坯(以下簡稱“預復合線坯”)，然后對預復合線坯進行加熱，使預復合線坯的溫度達到后續(xù)拉拔所需的溫度(以下簡稱“拉拔溫度”)，接著使預復合線坯通過保溫模具，進行一定溫度下的單道次或多道次拉拔(以下簡稱“控溫拉拔”)，在控溫拉拔道次間可以進行單道次或多道次室溫拉拔，然后進行室溫精拉，可以根據(jù)需要進行后續(xù)熱處理，制備得到高質(zhì)量的雙金屬層狀復合線材。在室溫下對復層金屬管坯的內(nèi)表面和芯部金屬棒材的表面進行清洗、打磨等處理，并采用復層金屬管坯包套芯部金屬棒材；然后，進行一定變形程度的室溫單道次拉拔，使得復層金屬和芯部金屬的待復合界面實現(xiàn)緊密貼合，獲得預復合線坯，有利于極大地降低后續(xù)控溫拉拔前所需的加熱溫度、縮短加熱時間，排除界面間的空氣以便防止復合界面發(fā)生氧化；接著對預復合線坯進行在線或離線快速加熱，使得預復合線坯快速升溫至后續(xù)控溫拉拔所需的拉拔溫度，確保加熱過程中預復合線坯發(fā)生軟化的同時，其復合界面僅發(fā)生元素擴散獲得所需厚度的擴散層而不生成金屬間化合物；最后將預復合線坯穿過被加熱且溫度保持在拉拔溫度的模具，保證被加熱到拉拔溫度的預復合線坯在進入模具時溫度不會驟然下降，同時順利進行單道次或多道次大變形量控溫拉拔，確保進一步變形復合，促進復合界面處金屬元素的原子發(fā)生擴散實現(xiàn)有效的冶金結(jié)合；在控溫拉拔道次間適時增加室溫拉拔道次是為了進行包覆比的精確調(diào)控；室溫精拉有利于獲得優(yōu)異的表面質(zhì)量和所需尺寸和性能，制備得到高質(zhì)量的雙金屬層狀復合線材；后續(xù)熱處理是為了滿足雙金屬層狀復合線材的使用性能要求。在此基礎上，通過解決套管復合預冷拉、控溫拉拔、室溫精拉之間的變形協(xié)調(diào)性以及控溫拉拔時預復合線坯和模具的溫度控制、全過程工藝參數(shù)的合理匹配以及包覆比的精確控制等問題，開發(fā)一種將金屬管坯包套異種金屬棒材、室溫下單道次拉拔預復合、快速加熱、單道次或多道次控溫拉拔冶金復合及單道次或多道次室溫精拉相結(jié)合的雙金屬層狀復合線材的拉拔成形方法，改變傳統(tǒng)軋制復合、擠壓復合、鑄造復合、熱浸鍍、電鍍及套管拉拔等雙金屬層狀復合線材制備方法存在的設備投入大、雙金屬間協(xié)調(diào)大塑性變形困難、復合界面質(zhì)量較差、包覆比難以精確控制、復合線材的質(zhì)量和性能不穩(wěn)定、難以滿足不斷提高的使用要求，以及無法用于難加工或界面易生成金屬間化合物金屬的復合等不足，實現(xiàn)高效率、節(jié)能降耗、低成本生產(chǎn)高質(zhì)量雙金屬層狀復合線材等目的。
[0008]一種雙金屬層狀復合線材拉拔成形方法，包括如下步驟:
(1)坯料表面處理:在室溫下對表面清潔處理后的復層金屬管坯的內(nèi)表面和芯部金屬棒材的表面進行打磨處理；
(2)包套復合:在室溫下采用復層金屬管坯包套芯部金屬棒材，獲得包套復合坯料；
(3)室溫預冷拉:對包套復合坯料進行軋尖，隨后進行室溫單道次套管復合預冷拉，實現(xiàn)預復合，拉拔變形率為5%?30%，獲得預復合線坯；
(4)預復合線坯軋尖:對預復合線坯進行軋尖、打磨；
(5)快速加熱:將軋尖后的預復合線坯放入爐內(nèi)溫度已達到拉拔溫度的離線電阻爐中加熱并保溫3?5min，或者采用離線或在線電流加熱裝置或感應加熱裝置在2?1s內(nèi)將軋尖后的預復合線坯加熱至拉拔溫度，同時對模具也進行加熱并保持其溫度為拉拔溫度；
(6)控溫拉拔:緊接著將快速加熱后的預復合線坯穿過加熱并保溫的模具，進行單道次或多道次控溫拉拔，拉拔道次變形率為4%?60%，獲得中間復合線坯；
(7 )室溫精拉:繼續(xù)對控溫拉拔后的中間復合線坯進行單道次或多道次室溫精拉，拉拔道次變形率為2%?40%，制備得到高質(zhì)量的雙金屬層狀復合線材。
[0009]所述金屬可以是純金屬、合金或金屬復合材料，均為退火態(tài)或鑄態(tài)。
[0010]所述復層金屬與所述芯部金屬為異種金屬。
[0011]所述芯部金屬棒材的直徑為所述復層金屬管坯內(nèi)徑的0.5?0.99倍。
[0012]所述拉拔溫度為所述復層金屬和所述芯部金屬中熔點最低金屬的熔點(單位是K)的0.2?0.9倍。
[0013]在所述控溫拉拔的部分道次之間，根據(jù)包覆比調(diào)控的需要，可以增加單道次或多道次的室溫拉拔，室溫拉拔道次變形率為4%?40%。
[0014]可以根據(jù)需要對所述雙金屬層狀復合線材進行后續(xù)熱處理，熱處理溫度為所述復層金屬和所述芯部金屬中熔點最低金屬的熔點(單位是K)的0.2?0.9倍，熱處理時間為I?1min0
[0015]與現(xiàn)有的雙金屬層狀復合線材制備方法相比，本發(fā)明將金屬管坯包套異種金屬棒材、室溫下單道次拉拔預復合、快速加熱、單道次或多道次控溫拉拔冶金復合與單道次或多道次室溫精拉相結(jié)合，實現(xiàn)復層金屬和芯部金屬的協(xié)調(diào)大塑性變形，制備高質(zhì)量雙金屬層狀復合線材，具有復合界面結(jié)合強度高、擴散層薄、復層金屬沿周向及縱向分布均勻、界面不易生成金屬間化合物、包覆比易于精確控制、無需拉拔中間退火、制備工序簡單、節(jié)約能源、無安全隱患、產(chǎn)品尺寸精度高、規(guī)格靈活、原材料組合自由度大、變形協(xié)調(diào)性好、塑性變形量大、成材率高、所需設備少、投資低、生產(chǎn)成本不高、產(chǎn)品質(zhì)量和性能優(yōu)異以及易于制備直徑Imm以下微細雙金屬層狀復合線材等優(yōu)點，尤其適合于復合界面易生成金屬間化合物的雙金屬層狀復合線材以及難加工的雙金屬層狀復合線材的制備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的雙金屬層狀復合線材制備工藝流程圖。

【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進行具體描述，有必要在此指出的是本實施例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領域的熟練技術人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整。
[0018]實施例1:直徑Φ4.0mm、包覆比35%的銅包白銅層狀復合線材制備
在室溫下對表面清潔處理后的退火態(tài)復層T2純銅管坯(尺寸Φ 8 X Imm)的內(nèi)表面和退火態(tài)芯部CuNi44Mnl白銅棒材(直徑Φ6ι?πι)的表面進行砂輪打磨處理；在室溫下采用復層Τ2純銅管坯包套芯部CuNi44Mnl白銅棒材，獲得包套復合坯料；對包套復合坯料進行軋尖，隨后進行單道次套管復合預冷拉實現(xiàn)預復合，拉拔變形率為12%，獲得預復合線坯；對預復合線坯進行軋尖；然后將預復合線坯放入爐內(nèi)溫度為400°C的離線電阻爐中加熱并保溫5min，使其溫度快速達到拉拔溫度400°C，同時對模具也進行加熱并保持其溫度為拉拔溫度400°C;緊接著將快速加熱后的預復合線坯穿過加熱并保溫的模具，進行4道次控溫拉拔，拉拔道次變形率為16%?26.5% ;在此基礎上進行I道次室溫精拉，拉拔變形率為17.3% ;制備得到直徑Φ4.0mm、包覆比精確控制為35%、界面質(zhì)量優(yōu)異的高質(zhì)量銅包白銅層狀復合線材。
[0019]實施例2:直徑Φ0.3mm、包覆比29%的銅包白銅層狀復合線材制備
在室溫下對表面清潔處理后的退火態(tài)復層T2純銅管坯(尺寸Φ 8 X Imm)的內(nèi)表面和退火態(tài)芯部CuNi44Mnl白銅棒材(直徑Φ6ι?πι)的表面進行砂輪打磨處理；在室溫下采用復層Τ2純銅管坯包套芯部CuNi44Mnl白銅棒材，獲得包套復合坯料；對包套復合坯料進行軋尖，隨后進行單道次套管復合預冷拉實現(xiàn)預復合，拉拔變形率為12%，獲得預復合線坯；對預復合線坯進行軋尖；然后將預復合線坯放入爐內(nèi)溫度為300°C的離線電阻爐中加熱并保溫3min，使其溫度快速達到拉拔溫度300°C，同時對模具也進行加熱并保持其溫度為拉拔溫度3000C ;緊接著將快速加熱后的預復合線坯穿過加熱并保溫的模具，進行5道次控溫拉拔，拉拔道次變形率為16%?27% ;在此基礎上進行24道次室溫精拉，拉拔道次變形率為2%?18% ;制備得到直徑Φ0.3mm、包覆比精確控制為29%、界面質(zhì)量優(yōu)異的高質(zhì)量銅包白銅層狀復合線材；后續(xù)進行850°C X3min的熱處理。
[0020]實施例3:直徑Φ0.05mm、包覆比30%的銅包白銅層狀復合線材制備
在室溫下對表面清潔處理后的退火態(tài)復層T2純銅管坯(尺寸Φ 8 X Imm)的內(nèi)表面和退火態(tài)芯部CuNi44Mnl白銅棒材(直徑Φ6πιπι)的表面進行高速旋轉(zhuǎn)鋼刷打磨處理；在室溫下采用復層Τ2純銅管坯包套芯部CuNi44Mnl白銅棒材，獲得包套復合坯料；對包套復合坯料進行軋尖，隨后進行單道次套管復合預冷拉實現(xiàn)預復合，拉拔變形率為12%，獲得預復合線坯；對預復合線坯進行軋尖；然后將預復合線坯采用在線感應加熱裝置在5s內(nèi)快速加熱至拉拔溫度600°C，同時對模具也進行加熱并保持其溫度為拉拔溫度600°C ;緊接著將快速加熱后的預復合線坯穿過加熱并保溫的模具，進行12道次控溫拉拔，控溫拉拔道次變形率為4%?33%,同時在第一道次和第二道次、第八道次和第九道次、第十道次和第i^一道次的控溫拉拔之間分別進行了 2道次的室溫拉拔，室溫拉拔道次變形率為4%和19% ;在此基礎上進行23道次室溫精拉，拉拔道次變形率為11%?36% ;制備得到直徑Φ0.05mm、包覆比精確控制為30%、界面質(zhì)量優(yōu)異的高質(zhì)量銅包白銅層狀復合線材。
[0021]實施例4:直徑Φ2.7mm、包覆比28%的銅包鋁層狀復合線材制備
在室溫下對表面清潔處理后的退火態(tài)復層T2純銅管坯(尺寸Φ6Χ0.5mm)的內(nèi)表面和退火態(tài)芯部1050純鋁棒材(直徑Φ5πιπι)的表面進行鋼刷打磨處理；在室溫下采用復層Τ2純銅管坯包套芯部1050純鋁棒材，獲得包套復合坯料；對包套復合坯料進行軋尖，隨后進行單道次套管復合預冷拉實現(xiàn)預復合，拉拔變形率為16%，獲得預復合線坯；對預復合線坯進行軋尖；然后將預復合線坯放入爐內(nèi)溫度為350°C的離線電阻爐中加熱并保溫5min，使其快速達到拉拔溫度350°C，同時對模具也進行加熱并保持其溫度為拉拔溫度350°C ;緊接著將快速加熱后的預復合線坯穿過加熱并保溫的模具，進行3道次控溫拉拔，拉拔道次變形率為23%?25% ;在此基礎上進行3道次室溫精拉，拉拔道次變形率為9.5%?30.2% ；制備得到直徑Φ2.7mm、包覆比精確控制為28%、界面質(zhì)量優(yōu)異的高質(zhì)量銅包鋁層狀復合線材。
[0022]實施例5:直徑Φ 1.0mm、包覆比25%的銅包304不銹鋼層狀復合線材制備在室溫下對表面清潔處理后的退火態(tài)復層T2純銅管坯(尺寸Φ 8 X Imm)的內(nèi)表面和退火態(tài)芯部304不銹鋼棒材(直徑Φ6πιπι)的表面進行鋼刷打磨處理；在室溫下采用復層Τ2純銅管坯包套芯部304不銹鋼棒材，獲得包套復合坯料；對包套復合坯料進行軋尖，隨后進行單道次套管復合預冷拉實現(xiàn)預復合，拉拔變形率為12%，獲得預復合線坯；對預復合線坯進行軋尖；然后將預復合線坯放入爐內(nèi)溫度為800°C的離線電阻爐中加熱并保溫5min，使其快速達到拉拔溫度800°C，同時對模具也進行加熱并保持其溫度為拉拔溫度800°C ;緊接著將快速加熱后的預復合線坯穿過加熱并保溫的模具，進行9道次控溫拉拔，拉拔道次變形率為17.3%?30.6%，同時在第六道次和第七道次的控溫拉拔之間進行了 3道次的室溫拉拔，室溫拉拔道次變形率為12.4%?25.7% ;在此基礎上進行6道次室溫精拉，拉拔道次變形率為12.1%?17.4% ;制備得到直徑Φ 1.0mm、包覆比精確控制為25%、界面質(zhì)量優(yōu)異的高質(zhì)量銅包304不銹鋼層狀復合線材。
[0023]實施例6:直徑Φ2.05mm、包覆比30%的銅包45#碳鋼層狀復合線材制備
在室溫下對表面清潔處理后的退火態(tài)復層T2純銅管坯(尺寸Φ 8 X Imm)的內(nèi)表面和退火態(tài)芯部45#碳鋼棒材(直徑Φ6πιπι)的表面進行鋼刷打磨處理；在室溫下采用復層Τ2純銅管坯包套芯部45#碳鋼棒材，獲得包套復合坯料；對包套復合坯料進行軋尖，隨后進行單道次套管復合預冷拉實現(xiàn)預復合，拉拔變形率為12%，獲得預復合線坯；對預復合線坯進行軋尖；然后將預復合線坯采用高頻感應加熱裝置在5s內(nèi)快速加熱至拉拔溫度850°C，同時對模具也進行加熱并保持其溫度為拉拔溫度850°C ;緊接著將快速加熱后的預復合線坯穿過加熱并保溫的模具，進行7道次控溫拉拔，拉拔道次變形率為6.8%?29.5%，同時在第五道次和第六道次的控溫拉拔之間進行了 2道次的室溫拉拔，室溫拉拔道次變形率為17.3%和23.5% ;在此基礎上進行3道次室溫精拉，拉拔道次變形率為13.3%?32.8% ;制備得到直徑Φ2.05mm、包覆比精確控制為30%、界面質(zhì)量優(yōu)異的高質(zhì)量銅包45#碳鋼層狀復合線材。
【權利要求】
1.一種雙金屬層狀復合線材拉拔成形方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)坯料表面處理:在室溫下對表面清潔處理后的復層金屬管坯的內(nèi)表面和芯部金屬棒材的表面進行打磨處理； (2)包套復合:在室溫下采用復層金屬管坯包套芯部金屬棒材，獲得包套復合坯料； (3)室溫預冷拉:對包套復合坯料進行軋尖，隨后進行室溫單道次套管復合預冷拉，實現(xiàn)預復合，拉拔變形率為5%?30%，獲得預復合線坯； (4)預復合線坯軋尖:對預復合線坯進行軋尖、打磨； (5)快速加熱:將軋尖后的預復合線坯放入爐內(nèi)溫度已達到拉拔溫度的離線電阻爐中加熱并保溫3?5min，或者采用離線或在線電流加熱裝置或感應加熱裝置在2?1s內(nèi)將軋尖后的預復合線坯加熱至拉拔溫度，同時對模具也進行加熱并保持其溫度為拉拔溫度； (6)控溫拉拔:緊接著將快速加熱后的預復合線坯穿過加熱并保溫的模具，進行單道次或多道次控溫拉拔，拉拔道次變形率為4%?60%，獲得中間復合線坯； (7 )室溫精拉:繼續(xù)對控溫拉拔后的中間復合線坯進行單道次或多道次室溫精拉，拉拔道次變形率為2%?40%，制備得到高質(zhì)量的雙金屬層狀復合線材。
2.如權利要求1所述一種雙金屬層狀復合線材拉拔成形方法，其特征在于所述金屬是純金屬、合金或金屬復合材料，均為退火態(tài)或鑄態(tài)。
3.如權利要求1所述一種雙金屬層狀復合線材拉拔成形方法，其特征在于所述復層金屬與所述芯部金屬為異種金屬。
4.如權利要求1所述一種雙金屬層狀復合線材拉拔成形方法，其特征在于所述芯部金屬棒材的直徑為所述復層金屬管還內(nèi)徑的0.5?0.99倍。
5.如權利要求1所述一種雙金屬層狀復合線材拉拔成形方法，其特征在于所述拉拔溫度為所述復層金屬和所述芯部金屬中熔點最低金屬的熔點(單位是K)的0.2?0.9倍。
6.如權利要求1所述一種雙金屬層狀復合線材拉拔成形方法，其特征在于在所述控溫拉拔的部分道次之間，增加單道次或多道次的室溫拉拔，室溫拉拔道次變形率為4%?40%。
7.如權利要求1所述一種雙金屬層狀復合線材拉拔成形方法，其特征在于對所述雙金屬層狀復合線材進行后續(xù)熱處理，熱處理溫度為所述復層金屬和所述芯部金屬中熔點最低金屬的熔點(單位是K)的0.2?0.9倍，熱處理時間為I?lOmin。
【文檔編號】B21C37/04GK104138923SQ201410314512
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權日:2014年7月3日
【發(fā)明者】劉雪峰, 袁學津, 顏陽, 謝建新 申請人:北京科技大學