一種雙金屬?gòu)?fù)合板電脈沖固液鑄軋?jiān)O(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬層狀復(fù)合材料塑性加工領(lǐng)域，具體的涉及一種雙金屬?gòu)?fù)合板電脈 沖固液鑄軋?jiān)O(shè)備及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙金屬固-液復(fù)合是指在復(fù)合過(guò)程中，其中一種金屬組元處于固態(tài)，另外一種金 屬組元處于液態(tài)。目前常見(jiàn)的固-液復(fù)合法有澆注復(fù)合法、鑄軋復(fù)合法、浸入法、逆向凝固 法等。與固-固復(fù)合法相比，固-液復(fù)合法利用金屬的高溫熔合結(jié)合和擴(kuò)散結(jié)合機(jī)制，能夠 獲得更為理想的界面復(fù)合質(zhì)量，且可選擇的金屬范圍更廣。
[0003] 固液鑄軋復(fù)合法是將較低熔點(diǎn)的液態(tài)金屬連續(xù)澆注在高熔點(diǎn)金屬板帶上，液態(tài)金 屬在半凝固狀態(tài)下與固態(tài)板帶同時(shí)被送入雙輥鑄軋機(jī)進(jìn)行軋制，該工藝將鑄造法與軋制法 結(jié)合起來(lái)，既有液相高溫，又有軋制壓力，能夠獲得較高的界面結(jié)合強(qiáng)度，且具有連續(xù)生產(chǎn)、 高效低成本等優(yōu)點(diǎn)。然而，現(xiàn)有的固液鑄軋復(fù)合法中高熔點(diǎn)金屬板帶均采用成品帶材，且要 預(yù)先進(jìn)行表面處理，工藝流程較長(zhǎng)。此外，由于固液鑄軋復(fù)合區(qū)內(nèi)液態(tài)金屬僅一側(cè)與鑄軋輥 直接接觸，另一側(cè)與固態(tài)板帶接觸，熔體凝固的冷卻強(qiáng)度被削弱，會(huì)對(duì)基體微觀組織性能造 成一定負(fù)面影響。
[0004] 因此，縮短固液鑄軋復(fù)合工藝流程，改善基體組織性能，獲得界面結(jié)合性能優(yōu)異的 雙金屬?gòu)?fù)合板成為目前亟待解決的重要問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的主要目的是提供一種高效、短流程、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的雙金屬?gòu)?fù)合板固液鑄軋 設(shè)備，在合金凝固過(guò)程中施加脈沖電流能改變金屬的凝固行為，合理的脈沖電流參數(shù)不僅 可以使合金的凝固組織得到不同程度的細(xì)化，而且對(duì)金屬固-液界面潤(rùn)濕和擴(kuò)散行為會(huì)產(chǎn) 生積極的促進(jìn)作用。
[0006] 具體的，本發(fā)明提供一種雙金屬?gòu)?fù)合板電脈沖固液鑄軋?jiān)O(shè)備，其包括機(jī)架、通過(guò)固 定裝置設(shè)置在機(jī)架上的三個(gè)鑄軋輥以及輥縫調(diào)節(jié)裝置，所述機(jī)架為凸字型機(jī)架，用于安裝 和固定所述三個(gè)鑄軋輥；所述鑄軋輥設(shè)置有輥芯、輥套以及設(shè)置在輥芯內(nèi)部的多個(gè)冷水通 道，所述輥套以過(guò)盈裝配方式套設(shè)在所述輥芯上，所述輥套的內(nèi)表面熱噴涂有氧化物陶瓷 涂層；所述三個(gè)鑄軋輥包括第一主鑄軋輥、第二主鑄軋輥以及輔助鑄軋輥，所述第一主鑄軋 輥與所述輔助鑄軋輥之間構(gòu)成一個(gè)用于形成單金屬帶坯或板坯的單金屬鑄軋區(qū)，所述第一 主鑄軋輥與所述第二主鑄軋輥之間構(gòu)成一個(gè)用于形成雙金屬?gòu)?fù)合板的雙金屬固液鑄軋復(fù) 合區(qū)；所述第一主鑄軋輥與所述輔助鑄軋輥之間設(shè)置有水平布流器以及第一中間包，所述 第一主鑄軋輥與所述第二主鑄軋輥之間設(shè)置有豎直布流器以及第二中間包；以及大功率脈 沖電流源，其用于通過(guò)安裝在鑄軋輥上的供電滑環(huán)將強(qiáng)脈沖電流導(dǎo)入所述雙金屬固液鑄軋 復(fù)合區(qū)中熔融液態(tài)金屬以及固液復(fù)合界面內(nèi)。
[0007] 優(yōu)選地，所述第一主鑄軋輥的一側(cè)的輥芯上安裝有第一供電滑環(huán)，所述第二主鑄 軋輥的一側(cè)的輥芯上安裝有第二供電滑環(huán)，所述第一供電滑環(huán)以及所述第二供電滑環(huán)的 定子固定在所述機(jī)架上，所述第一供電滑環(huán)的定子導(dǎo)線(xiàn)連接有所述大功率脈沖電流源的負(fù) 極，所述第二供電滑環(huán)的定子導(dǎo)線(xiàn)連接所述大功率脈沖電流源的正極，所述第一供電滑環(huán) 的轉(zhuǎn)子導(dǎo)線(xiàn)穿過(guò)所述第一主鑄軋輥的輥芯與其輥套連接在一起，使得所述第一供電滑環(huán)的 轉(zhuǎn)子與所述第一主鑄軋輥一起轉(zhuǎn)動(dòng)；以及第二供電滑環(huán)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)線(xiàn)穿過(guò)所述第二主鑄軋 輥的輥芯與其輥套連接在一起，使得所述第二供電滑環(huán)的轉(zhuǎn)子與所述第二主鑄軋輥一起轉(zhuǎn) 動(dòng)。
[0008] 優(yōu)選地，所述輥縫調(diào)節(jié)裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和由所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的用于調(diào)節(jié)鑄軋 輥位置的調(diào)節(jié)螺絲。
[0009] 優(yōu)選地，所述第一中間包灌裝有用于形成單金屬板材或帶材的第一金屬液，所述 第二中間包灌裝有與所述單金屬板材或帶材進(jìn)行復(fù)合的第二金屬液。
[0010] 優(yōu)選地，所述水平布流器和所述第一中間包之間以及所述豎直布流器和所述第二 中間包之間均設(shè)置有滑動(dòng)開(kāi)關(guān)。
[0011] 優(yōu)選地，所述雙金屬固液鑄軋復(fù)合區(qū)包括位于第一區(qū)域的固液鑄軋復(fù)合區(qū)和位于 第二區(qū)域的固固軋制復(fù)合區(qū)。
[0012] 一種根據(jù)本發(fā)明的雙金屬?gòu)?fù)合板電脈沖固液鑄軋?jiān)O(shè)備進(jìn)行雙金屬?gòu)?fù)合板加工的 方法，其包括以下步驟：
[0013] 步驟1 :利用所述輥縫調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)設(shè)定第一主鑄軋輥與輔助鑄軋輥之間的輥 縫、第一主鑄軋輥與第二主鑄軋輥之間的輥縫，以及輔助鑄軋輥相對(duì)于第一主鑄軋輥的周 向位置，同時(shí)所述的設(shè)備設(shè)定各鑄軋輥的速度、各鑄軋輥內(nèi)部冷卻水的流量和溫度，鑄軋輥 進(jìn)入空轉(zhuǎn)待機(jī)狀態(tài)；
[0014] 步驟2 :啟動(dòng)水平布流器，向第一主鑄軋輥與輔助鑄軋輥輥縫內(nèi)澆鑄第一金屬液， 使單金屬帶坯或板坯出帶，將其引入第一主鑄軋輥與第二主鑄軋輥的輥縫后，再啟動(dòng)豎直 布流器，將第二金屬液澆入到第一主鑄軋輥與第二主鑄軋輥縫中，使第二金屬液涂覆在單 金屬帶坯或板坯的表面，在高溫和鑄軋壓力共同作用下，實(shí)現(xiàn)雙金屬?gòu)?fù)合板的固液鑄軋復(fù) 合成形；
[0015] 步驟3 :打開(kāi)大功率脈沖電流源開(kāi)關(guān)，大功率脈沖電流源的負(fù)極通過(guò)第一供電滑 環(huán)與第一主鑄軋輥輥套相連，電流源的正極通過(guò)第二供電滑環(huán)與第二主鑄軋輥輥套相連， 從而使大功率脈沖電流源的正負(fù)極與雙金屬固液鑄軋復(fù)合區(qū)內(nèi)的金屬導(dǎo)通而形成回路，實(shí) 現(xiàn)將強(qiáng)脈沖電流導(dǎo)入固液鑄軋復(fù)合區(qū)中熔融液態(tài)金屬以及固液復(fù)合界面內(nèi)，并在固固軋制 復(fù)合區(qū)內(nèi)利用電脈沖形成電脈沖軋制板。
[0016] 優(yōu)選地，所述輔助鑄軋輥相對(duì)于第一主鑄軋輥的周向位置角為-30°~30°， 單金屬鑄軋區(qū)的鑄軋速度為15~150mm/s，雙金屬固液鑄軋復(fù)合區(qū)的鑄軋速度為15~ 200mm/s，輔助鑄軋輥與第一主鑄軋輥輥面線(xiàn)速度異速比為1. 05~1. 3,第一主鑄軋輥與第 二主鑄軋輥輥面線(xiàn)速度異速比為0. 7~1. 6,鑄軋輥內(nèi)冷卻水的流量為50~200噸/小時(shí)， 冷卻水入口溫度為25 °C。
[0017] 優(yōu)選地，所述大功率脈沖電流強(qiáng)度為500~20000A、頻率為30~2000Hz。
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下所述：
[0019] 利用輔助鑄軋輥與第一主鑄軋輥形成的單金屬鑄軋區(qū)，替代了傳統(tǒng)成品帶材作為 復(fù)合基材，使固液鑄軋復(fù)合工藝流程更加緊湊，可實(shí)現(xiàn)雙金屬層狀復(fù)合板的高效、低能耗的 連續(xù)化生產(chǎn)；
[0020] 根據(jù)兩種基材金屬的固、液相狀態(tài)，雙金屬固液鑄乳復(fù)合區(qū)可分為固液鑄乳復(fù)合 區(qū)和接近軋制出口處的固固軋制復(fù)合區(qū)，通過(guò)引入強(qiáng)脈沖電流作為外場(chǎng)強(qiáng)化手段能夠?qū)崿F(xiàn) 對(duì)固液鑄軋復(fù)合區(qū)內(nèi)液態(tài)基材金屬凝固過(guò)程進(jìn)行脈沖電流處理，細(xì)化晶粒，提升基材微觀 組織性能；脈沖電流對(duì)固液復(fù)合界面浸潤(rùn)性和原子擴(kuò)散具有很好的強(qiáng)化作用，可提高復(fù)合 界面結(jié)合強(qiáng)度；在主鑄軋輥鑄軋出口前的固相軋制復(fù)合區(qū)內(nèi)形成電塑性軋制效果，可進(jìn)一 步改善基材微觀組織性能。
[0021] 利用滑環(huán)，實(shí)現(xiàn)了脈沖電流源供電電極與轉(zhuǎn)動(dòng)輥體上輥套的導(dǎo)通連接，本發(fā)明通 過(guò)在輥套內(nèi)表面噴涂氧化物陶瓷涂層可導(dǎo)熱電絕緣材料，可導(dǎo)熱電絕緣材料的具體材料為 Al203、Mg0、Zr02等氧化物陶瓷涂層。在不削弱輥體內(nèi)冷卻水對(duì)輥套的冷卻強(qiáng)度前提下，解決 了輥體整體帶電、冷卻水對(duì)外接地導(dǎo)通等問(wèn)題，保障了該固液鑄軋脈沖電流強(qiáng)化復(fù)合工藝 的可行性；采用凸型機(jī)架和三個(gè)獨(dú)立的輥縫調(diào)節(jié)裝置，可實(shí)現(xiàn)第一主鑄軋輥和輔助鑄軋輥 間單金屬鑄軋區(qū)輥縫、第一主鑄軋輥與第二主鑄軋輥間固液鑄軋復(fù)合區(qū)輥縫的獨(dú)立調(diào)節(jié)， 以及輔助鑄軋輥相對(duì)于第一主鑄軋輥的周向位置調(diào)節(jié)，保證設(shè)備對(duì)不同金屬組合層狀復(fù)合 板生產(chǎn)的工藝適應(yīng)性。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明雙金屬?gòu)?fù)合板電脈沖固液鑄軋?jiān)O(shè)備的原理圖；