CN108466468A - 一种差温挤压制备双金属复合型材的方法 - Google Patents

Abstract

一种差温挤压制备双金属复合型材的方法，属于合金材料领域。具体步骤如下:首先取将要挤压复合的同种或异种金属叠放在一起预配合标记编号，然后分拆，将两种组元材料分别加热到预挤压温度后再配合挤压。挤压过程中同种或异种金属同时从挤压模口挤出，根据模口形状与尺寸的不同，得到所需要的复合挤压型材。复合挤压型材再经后续的热处理强化。本发明提供的制造双金属复合型材的差温挤压方法，在同一金属块内引入较大的剪切应力，可以显著细化晶粒、弱化织构，因此性能优异。本发明只需改变挤压复合方式，无需重新设计挤压筒，方法简单易行，所提供的双金属复合型材的差温挤压方法具有较强的生产和研究价值。

Description

一种差温挤压制备双金属复合型材的方法

技术领域

本发明属于合金材料领域，具体涉及一种广泛适用的双金属复合材料制备方法。

背景技术

随着汽车工业、航空航天、原子能、电子工业及通讯技术的发展，单一的金属材料往往受到综合性能的不足、高昂的制造成本以及自然资源的匮乏等因素的影响，难以满足特定性能的要求。因此，需要把不同性能的同种或异质金属通过不同的连接方法复合为一体，形成一种适合于工程设计应用的双金属复合材料。双金属复合材料是利用复合技术使两种不同性能的金属在界面处实现牢固的冶金、化学或机械结合，从而获得一种具有组合性能的新型材料。跟单一的金属材料相比，双金属复合材料结合了两种不同金属自身的优势，克服两种不同金属各自的性能劣势，目前广泛地应用于航空、石油、化工、造船、汽车、电子、原子能等工业领域。

目前，双金属复合材料大多数是利用轧制、累积叠轧、复合铸造等方法实现界面复合，国内外已有大量的文献报道。对于塑性较好的铝合金和钢来说，使用轧制或者累积叠轧的方法制备金属板材具有很高的生产效率和较低的成本。但是对于一些塑性变形能力较差的金属来说，例如镁合金，在轧制过程中容易开裂，所以在制备镁合金复合材料过程中将会大大降低生产效率。与轧制相比，挤压加工时材料在三向压应力状态下发生变形，有助于改善金属的塑性变形能力，避免金属的开裂；同时，挤压加工的灵活性大，可生产出横截面形状复杂的产品。但对于某些同种或者异种复合材料的挤压，由于材料的塑性变形能力差异较大，在共同的挤压窗口温度挤压时，会导致两种材料变形不均匀，甚至在挤压过程中会出现中间断层。因此，通过改变材料的各自挤压窗口温度，使不同材料的挤压变形能力趋于一致的差温挤压工艺具有重要的研究意义和工业应用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种差温挤压制备双金属复合型材的方法。旨在通过改变双金属材料各自的挤压窗口温度，使不同材料的挤压变形能力趋于一致，在挤压后达到良好的机械结合。

一种差温挤压制备双金属复合型材的方法，其特征在于，包括至少两个层状组元，即覆层金属材料和被包覆金属材料，各层之间通过差温挤压机械结合，经热处理工艺处理后界面过渡层产生结构转变并实现界面强化；所述覆层金属材料和被包覆金属材料为铝合金、镁合金、铜合金、锌合金材料等任意组合。

进一步地，所述覆层金属材料和被包覆金属材料在挤压前要分别预热到其挤压温度窗口。

进一步地，挤压过程中同种或异种金属同时从挤压模口挤出，得到双金属复合型材的覆层金属材料和被包覆金属材料，厚度稳定。

,进一步地，挤出型材形状视生产要求而定，包括棒材、板材、工型材、三角材、菱形材、椭圆材等各种形状，根据不同的模口形状确定。

进一步地，所述覆层金属材料和被包覆金属材料组合前，要求对各金属接触面进行清洗平整。

如上所述差温挤压制备双金属复合型材的方法，包括以下步骤：

第一步：制备覆层金属包套，其规格为金属圆筒，其圆筒外径和内径根据需求确定；被包覆金属材料的高度和覆层金属圆筒等高，其直径为根据包套圆筒内径补偿计算后得到，差值根据材料不同，在0.05-0.5mm之间，材料经过热胀冷缩后刚好能够配合；

第二步：对第一步制备的覆层金属包套和被包覆金属材料进行清洗平整，表面处理的步骤；

第三步：对第二步处理后的覆层金属包套和被包覆金属材料分别在加热炉中进行加热处理，所述加热处理工艺为：覆层金属包套的挤压窗口温度和被包覆金属材料的挤压窗口温度；

第四步：将差温热处理的覆层金属材料和被包覆金属材料配合在一起同时进行挤压，挤压过程中各金属接触界面两侧无滑动，挤压比视生产要求、材料性质及其型材成型形状而定；

第五步：将差温挤压机械结合的双金属复合材料进行热处理强化，获得综合力学性能优异的双金属复合型材。

本发明提供一种差温挤压制备双金属复合型材的方法。通过改变双金属材料各自的挤压窗口温度，使不同材料的挤压变形能力趋于一致，在挤压后不会出现变形不均匀或者断层，进而达到良好的机械结合。再通过热处理工艺处理后使界面过渡层产生结构转变并实现界面强化。

附图说明

图1是本发明双金属复合材料的挤压前配合示意图；

图2是本发明实施例1所制备AZ31/GW103复合棒材宏观照片；

图3是本发明实施例1所制备AZ31/GW103复合棒材截面宏观照片；

图4是本发明实施例1所制备AZ31/GW103复合棒材界面显微组织照片；

图5是本发明实施例2所制备AZ31/GW103复合板材截面宏观照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1：AZ31/GW103复合棒材制备方法

第一步：制备覆层金属包套AZ31，将AZ31利用线切割加工成直径为80mm，高度为100mm的圆柱形试样，然后在其中心钻直径为40mm，长度为100mm的孔。制备被包覆金属GW103，将均匀化处理过的GW103加工成直径为39.8mm，高度为100mm的圆棒；

第二步：对AZ31试样的内径和GW103试样表面进行打磨清洗，使表面光滑平整；

第三步：将AZ31试样放入马弗炉中进行400℃保温3小时，同时将GW103试样放入另一个马弗炉中进行450℃保温3小时；

第四步：将GW103***AZ31配合后进行挤压，挤压筒温度为400℃，挤压比为25，得到界面结合良好的AZ31/GW103挤压棒材；

第五步：将挤压后的AZ31/GW103挤压棒材在400℃保温4个小时做退火处理，通过元素扩散形成界面层，力学性能增强。

实施例2：AZ31/GW103复合板材制备方法

第一步：制备覆层金属包套AZ31，将AZ31利用线切割加工成直径为80mm，高度为100mm的圆柱形试样，然后在其中心钻直径为40mm，长度为100mm的孔。制备被包覆金属GW103，将均匀化处理过的GW103加工成直径为39.8mm，高度为100mm的圆棒；

第二步：对AZ31试样的内径和GW103试样表面进行打磨清洗，使表面光滑平整；

第三步：将AZ31试样放入马弗炉中进行380℃保温3小时，同时将GW103试样放入另一个马弗炉中进行450℃保温3小时；

第四步：将GW103***AZ31配合后进行挤压，挤压筒温度为380℃，挤压比为6，得到界面结合良好的AZ31/GW103挤压板材；

第五步：将挤压后的AZ31/GW103挤压板材在400℃保温4个小时做退火处理，通过元素扩散形成界面层，力学性能增强。

实施例3：纯铜/AZ31复合棒材制备方法

第一步：制备覆层金属包套纯铜，将纯铜利用线切割加工成直径为80mm，高度为100mm的圆柱形试样，然后在其中心钻直径为40mm，长度为100mm的孔。制备被包覆金属AZ31，将均匀化处理过的AZ31加工成直径为39.6mm，高度为100mm的圆棒；

第二步：对纯铜试样的内径和AZ31试样表面进行打磨清洗，使表面光滑平整；

第三步：将纯铜试样放入马弗炉中进行200℃保温3小时，同时将AZ31试样放入另一个马弗炉中进行380℃保温3小时；

第四步：将AZ31***纯铜配合后进行挤压，挤压筒温度为200℃，挤压比为9，得到界面结合良好的纯铜/AZ31挤压棒材；

第五步：将挤压后的纯铜/AZ31挤压棒材在250℃保温2小时做退火处理，通过元素扩散形成界面层。

实施例4:纯锌/AZ31复合椭圆材制备方法

第一步：制备覆层金属包套纯锌，将纯锌利用线切割加工成直径为80mm，高度为100mm的圆柱形试样，然后在其中心钻直径为40mm，长度为100mm的孔。制备被包覆金属AZ31，将均匀化处理过的AZ31加工成直径为39.8mm，高度为100mm的圆棒；

第二步：对纯锌试样的内径和AZ31试样表面进行打磨清洗，使表面光滑平整；

第三步：将纯锌试样放入马弗炉中进行160℃保温3小时；同时将AZ31试样放入另一个马弗炉中进行380℃保温3小时；

第四步：将AZ31***纯锌配合后进行挤压，挤压筒温度为160℃，挤压比为9，得到界面结合良好的纯锌/AZ31挤压椭圆材；

第五步：将挤压后的纯锌/AZ31挤压椭圆材在200℃保温1小时做退火处理，界面发生扩散，综合性能增强。

Claims (6)

1.一种差温挤压制备双金属复合型材的方法，其特征在于，包括至少两个层状组元，即覆层金属材料和被包覆金属材料，各层之间通过差温挤压机械结合，经热处理工艺处理后界面过渡层产生结构转变并实现界面强化；所述覆层金属材料和被包覆金属材料为铝合金、镁合金、铜合金、锌合金材料的任意组合。

2.根据权利要求1所述的一种差温挤压制备双金属复合型材的方法，其特征在于，所述覆层金属材料和被包覆金属材料在挤压前要分别预热到其挤压温度窗口。

3.根据权利要求1所述的一种差温挤压制备双金属复合型材的方法，其特征在于，挤压过程中同种或异种金属同时从挤压模口挤出，得到双金属复合型材的覆层金属材料和被包覆金属材料，厚度稳定。

4.根据权利要求1所述的一种差温挤压制备双金属复合型材的方法，其特征在于，挤出型材形状视生产要求而定，包括棒材、板材、工型材、三角材、菱形材、椭圆材各种形状，根据不同的模口形状确定。

5.根据权利要求1所述的一种差温挤压制备双金属复合型材的方法，其特征在于，所述覆层金属材料和被包覆金属材料组合前，要求对各金属接触面进行清洗平整。

6.权利要求1-5中任一项所述差温挤压制备双金属复合型材的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：制备覆层金属包套，其规格为金属圆筒，其圆筒外径和内径根据需求确定；被包覆金属材料的高度和覆层金属圆筒等高，其直径为根据包套圆筒内径补偿计算后得到，差值根据材料不同，在0.05-0.5mm之间，材料经过热胀冷缩后刚好能够配合；

第二步：对第一步制备的覆层金属包套和被包覆金属材料进行清洗平整，表面处理的步骤；

第三步：对第二步处理后的覆层金属包套和被包覆金属材料分别在加热炉中进行加热处理，所述加热处理工艺为：覆层金属包套的挤压窗口温度和被包覆金属材料的挤压窗口温度；

第四步：将差温热处理的覆层金属材料和被包覆金属材料配合在一起同时进行挤压，挤压过程中各金属接触界面两侧无滑动，挤压比视生产要求、材料性质及其型材成型形状而定；

第五步：将差温挤压机械结合的双金属复合材料进行热处理强化，获得综合力学性能优异的双金属复合型材。