一种异温轧制制备钛铝复合板的方法与流程

本发明属于金属复合板制备技术领域，具体涉及一种异温轧制制备钛铝复合板的方法。

背景技术：

目前，金属复合板由于兼具不同金属的优异性能而得到了广泛的应用。

例如，钛/铝复合板兼备了钛的耐高温、耐腐蚀性和铝的低比重、高导热性的特点，目前主要用于飞机发射导弹处点火区域的包覆材料，可以防止机身因导弹燃料的燃烧产生高温而熔化，又可以不增加机身的重量。由于其性能的优越性，在化工、灶具等领域也有着广阔的应用前景。

又如，钛/铝/镁复合板兼备了：钛的耐高温、耐腐蚀、强度高，铝的低比重、高导热性、塑性优良和镁的密度小、电磁防护性好、良好的抗冲击性能的特点，主要应用于航天器外层防护结构中的外层缓冲板，能有效保护航天器、延长航天器的寿命。

目前，生产钛/铝复合板和钛/铝/镁复合板的常用爆炸法和热轧复合法。其中，爆炸复合法存在工艺危险、生产效率低等的缺点。热轧复合法具有产品质量稳定、生产成本低和生产效率高等优点。在使用现有的热轧复合法轧制制备钛/铝复合板时，先将钛板和铝板正对叠放后同时加热至指定温度，再进行轧制得到复合板。受铝板熔点的限制，轧制温度一般为400-500℃，而在温度为500℃以下的轧制过程中，钛板因不易变形而容易发生开裂。另外，由于同一温度下，钛板和铝板的力学性能差别较大，在轧制过程中，钛板和铝板变形不协调，从而导致板形不易控制而且结合强度不高。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种异温轧制制备钛/铝复合板的方法，该方法使钛板和铝板在轧制变形时更协调，而且钛板在轧制过程中更容易变形而不发生开裂，从而得到板形良好、成材率高并具有高结合强度的钛/铝复合板的异温轧制制备钛/铝复合板的方法。

本发明是这样实现的：

一种异温轧制制备钛/铝复合板的方法，包括以下步骤：

S1、准备钛板和铝板：首先将钛板和铝板进行退火处理，将退火后的钛板和铝板的待复合面进行表面处理；

S2、加热钛板：用加热装置将所述钛板加热至指定温度，并将钛板放置在加热至同等温度的铁板上进行保温；

S3、轧制：将放置在铁板上的钛板和室温铝板取出放到轧机入口处，利用带有导位的推板立刻将指定温度的钛板以及室温的铝板推入轧机正对放置，根据一定的压下量和轧制速度，立即进行轧制得到钛/铝复合板。

进一步地，将步骤S1中用钢丝刷、砂纸或砂轮去除钛板和铝板待复合面的氧化物，并用丙酮和酒精擦拭干净。

进一步地，步骤S1中的所述钛板选自TA1、TA2、TC4、TC6和TC10中的一种。

进一步地，步骤S1中的所述铝板选自1100、5083、6061和7075中的一种。

进一步地，步骤S2中的加热装置为电阻炉、辐射管或平板加热器。

进一步地，步骤S3中的轧制压下率不小于25％。

优选地，本发明还提供一种检测钛/铝复合板剪切强度的方法，所述钛/铝复合板由所述的方法制备。

优选地，检测钛/铝复合板剪切强度的方法包括以下步骤：

a、重复步骤S1-S3，在不同温度、压下量和轧制速度下分别复合一块钛/铝复合板，得到多块钛/铝复合板；

b、计算多块钛/铝复合板的剪切强度，在每块复合板平行于轧制方向切割三个剪切试样做拉剪试验，取三个剪切试样的平均值作为该复合板的剪切强度。

本发明的优点如下所述：

与现有热轧复合法生产钛/铝复合板的方法相比，本发明通过只对钛板加热而实现钛板和铝板在异温状态下进行轧制的目的，从而使钛板和铝板在轧制变形时更协调，而且钛板在轧制过程中更容易变形而不发生开裂，从而得到板形良好、成材率高并具有高结合强度的钛/铝复合板。

附图说明

图1为实施例1中异温轧制制备钛/铝复合板示意图；

图1中标记如下：

1.加热后的铁板，2.加热后的钛板，3.室温的铝板，4.导卫推板，5.轧机

图2为变形量为29％时不同轧制温度下Ti/Al复合板的结合强度；

图3为轧制温度为800℃时不同压下量下Ti/Al复合板的结合强度。

具体实施方式

以下将借助实施例进一步描述本发明一种异温轧制制备钛/铝/镁复合板的方法。

本发明包括以下步骤：

S1、准备钛板和铝板：首先将钛板和铝板进行退火处理，将退火后的钛板和铝板的待复合面进行表面处理；

S2、加热钛板：用加热装置将所述钛板加热至指定温度，并将钛板放置在加热至同等温度的铁板上进行保温；

S3、轧制：将放置在铁板上的钛板和室温铝板取出放到轧机入口处，利用带有导位的推板立刻将指定温度的钛板以及室温的铝板推入轧机正对放置，根据一定的压下量和轧制速度，立即进行轧制得到钛/铝复合板。

在实际应用中，优选地，本发明还提供一种检测钛/铝复合板剪切强度的方法，所述钛/铝复合板由所述的方法制备。

优选地，检测钛/铝复合板剪切强度的方法包括以下步骤：

a、重复步骤S1-S3，在不同温度、压下量和压制轧制速度下分别复合一块钛/铝复合板，得到多块钛/铝复合板；

b、计算多块钛/铝复合板的剪切强度，在每块复合板平行于轧制方向切割三个剪切试样做拉剪试验，取三个剪切试样的平均值作为该复合板的剪切强度。

实施例1

异温轧制制备钛/铝复合板的方法：

选用工业纯钛TA1和AA 6061铝合金，板材尺寸均为100mm×60mm×2mm。为了消除板材内应力和加工硬化，需进行退火处理，将TA1加热到780℃保温2h后空冷，将AA 6061铝合金加热到350℃保温2h后空冷。

将退火后的钛板和铝板的待复合面进行表面处理，除去板材表面的油污杂质和氧化物，以有利于轧制时异种金属的结合。本实验先用打磨机去除金属待复合表面的杂质及氧化物，再用丙酮和酒精反复擦洗表面并用热吹风吹干。钛板加热后需要与室温的铝板组合后同时送入轧机轧制，但由于钛板较薄，几秒操作延误会引起大幅度的温降，影响实验结果的客观性。所以在轧制复合时，先将一块铁板加热到钛板轧制所需温度，再将钛板放入炉中的铁板上保温5分钟，然后将铁板和钛板一起取出放到轧机入口处，此时铁板对钛板起到了保温的作用，再用导卫推板立刻将加热的钛板和室温的铝板推入轧机，得到钛/铝复合板。

本实施例中采用铝板为室温，钛板的温度分别加热到500℃、600℃、700℃、800℃和900℃，保温时间均为5分钟；压下量分别为20％、25％、29％、34％和50％。实验中二辊轧机的参数为：轧辊φ200mm×200mm，轧制速度50mm/s。

在得到的每块钛/铝复合板上平行于轧制方向切割三个剪切试样做拉剪试验，取三个试样的平均值作为该复合板的剪切强度。拉剪实验在INSPEKT Table 100kN电子万能高温试验机上进行，拉剪速率为0.5mm/min。

图2和图3为不同轧制温度和不同变形量下Ti/Al复合板的结合强度。由图2可以看出，在变形量为29％，当温度在500℃-800℃之间时，Ti/Al复合板的剪切强度随着钛层温度的升高而升高。当温度高于800℃时，复合界面的剪切强度随温度升高而下降。钛层温度低于700℃时，复合板结合强度较低，当温度高于700℃时，复合板结合强度明显提高，钛层温度为800℃时，剪切强度最大，复合板结合的最好。由图3可以看出，在钛层温度为800℃，随着总变形量的增大，Ti/Al复合板的剪切强度逐步增加。剪切强度随总变形量的增长速率明显地表现为先快后慢，变形量小于34％时，剪切强度增长速率相对较高，变形量大于34％时，剪切强度增长速率相对较低。在钛层温度为800℃，总变形量为50％时，Ti/Al复合板结合强度达到107.5Mpa，基本接近铝基体的剪切强度。本实验得到的剪切强度甚至高于有的爆炸复合的钛铝复合板剪切强度。

当然，根据本发明的工艺原理，还可用于异温轧制制备其他金属复合板，如实施例2和3的钛/铝/镁复合板。

实施例2

异温轧制制备钛/铝/镁复合板的方法：

S1：取长、宽、厚分别为100mm、60mm、2mm的TA1工业纯钛板材、6061铝合金板材和AZ31镁合金板材各一块，用砂纸对钛板、铝板和镁板待复合面的氧化层进行清理，并用丙酮和酒精擦拭干净；

S2：将上述钛板放入电阻炉中加热到800℃，保温5min，将上述镁板放入电阻炉中加热到400℃，保温5min；

S3：取出钛板和镁板，并将钛板、铝板和镁板正对放置，随后立即送入轧机进行轧制，轧制速度为50mm/s，轧制压下率为50％，得到钛/铝/镁复合板。

本实施例得到的钛/铝/镁复合板板形良好，测得钛板和铝板复合界面的剪切强度为92.3MPa，铝板和镁板复合界面的剪切强度为83.7MPa。

实施例3

异温轧制制备钛/铝/镁复合板的方法：

S1：取长、宽、厚分别为100mm、60mm、2mm的TA1工业纯钛板材、6061铝合金板材和AZ31镁合金板材各一块，用砂纸对钛板、铝板和镁板待复合面的氧化层进行清理，并用丙酮和酒精擦拭干净；

S2：将上述钛板放入电阻炉中加热到900℃，保温5min，将上述镁板放入电阻炉中加热到500℃，保温5min；

S3：取出钛板和镁板，并将钛板、铝板和镁板正对放置，随后立即送入轧机进行轧制，轧制速度为50mm/s，轧制压下率为30％，得到钛/铝/镁复合板。

本实施例得到的钛/铝/镁复合板板形良好，测得钛板和铝板复合界面的剪切强度为37.8MPa，铝板和镁板复合界面的剪切强度为72.3MPa。

本发明通过只对钛板或钛板和镁板加热，而实现钛板和铝板，或钛板、铝板和镁板在异温状态下进行轧制的目的，从而使钛板、铝板和镁板在轧制变形时更协调，而且钛板在轧制过程中更容易变形而不发生开裂，从而得到板形良好、成材率高并具有高结合强度的钛/铝和钛/铝/镁复合板。

另外，根据本发明的工艺原理，还可用于异温轧制制备其他金属复合板。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。