[發明專利]層狀金屬復合材料制造工藝及設備

有效

• 申請號: 200610041353.1
• 申請日: 2006-08-17
• 公開（公告）號: CN101125361A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發明（設計）人: 丁剛;丁家偉
• 申請（專利權）人: 丁剛;丁家偉
• 主分類號: B22D19/08
• 分類號: B22D19/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種金屬復合材料生產工藝，特別是一種層狀復合材料制造工藝及設備。

背景技術

層狀金屬復合材料是將不同的材料通過鑄造、軋制、擠壓、焊接、膠接以及浸漬等加工方法而形成一個整體的新材料，使材料的不同部位具有不同的性能，一滿足不同的使用要求。

文獻《特種鑄造及有色合金》雜志(2001年第2期第17-19頁)中報導了《高速鋼/結構鋼雙金屬復合材料界面研究》，報導中公開了一種雙金屬復合材料制造工藝，所述的常用工藝為砂型鑲鑄法，即將所需鑲鑄的芯材放入砂型內，將所需復合的液體金屬澆入到砂型中，液態金屬在充滿型腔的同時，也將所需鑲鑄的芯材緊密覆住，包覆層在隨后的液態降溫、凝固和冷卻過程中，釋放出大量的熱量，這些熱量一部分被鑄型吸收并通過鑄型散熱，另一部分被鑄型的芯材吸收并使之溫度升高，利用金屬液的熱量，在鑄件凝固時，使外層復合材料和芯部材料結合在一起。該工藝的實質就相當于在鑄件中放置一塊冷鐵，因此，要想實現兩種材料間的冶金結合，只有在外層材料與芯部材料的體積比大于8.0的條件下，才有可能獲得兩種材料間的冶金結合。因此該工藝技術難度大，無法制造體積比小于8.0的薄壁形雙金屬復合材料及多層狀復合材料。文獻《鑄造手冊、特種鑄造分冊》一書(機械工業出版社2003年第二版)中的第7章(離心鑄造)部分，論述了用離心鑄造工藝制造雙金屬復合軋輥工藝，該工藝雖然具有設備投資小，生產效率高之特點。但該工藝存在生產工藝復雜，工藝控制難度大，當生產高合金外層復合材料時，易產生偏析，使組織和成分不均勻，且無法制造鍛造芯部材料的復合產品等缺陷。

文獻《中國材料工程大典》第五卷一書(化學工業出版社2006年第一版)中的第13篇第4章(制造層狀復合材料)部分中介紹了日本所開發的包覆層連續鑄造復合法制造復合軋輥的CPC生產工藝，該工藝是將需要復合的外層金屬液體澆入到在其中心安裝有芯棒材料的水冷結晶器內，芯棒材料通過在其上部安裝的感應加熱器進行預熱，從而可以實現二種材料的復合，并實現二種材料之間的界面達到冶金結合。通過抽錠設備，將復合好的軋輥不斷地從水冷結晶器中抽出，使生產連續進行，直到復合軋輥澆注完成。該工藝雖然克服了常規鑲鑄復合工藝所存在的無法制造復合比小于8.0的雙金屬復合產品和離心鑄造工藝所存在的缺點。但是由于CPC法生產設備和生產工藝復雜，生產成本高，外層材料的潔凈度和生產效率低，至今推廣使用范圍很小。該書中同時介紹了烏克蘭所開發的一種電渣包覆鑄造復合法。該工藝是將芯棒材料安裝在導電結晶器的中心，導電水冷結晶器代替非自耗電極對電渣進行加熱，使液渣保持在高溫狀態，將需復合的外層金屬液以一定的速度和方式澆入導電水冷結晶器中，外層金屬液在與已經被電渣預熱的輥芯材料表面熔合的同時受到電渣的精練，并因水冷結晶器的冷卻而凝固，形成復合層。高溫液態電渣同時還起到對芯棒加熱和表面清洗及隔離所澆入的金屬液與空氣的接觸，從而對金屬液進行保護。該工藝與CPC工藝相比，雖然設備簡單，所生產的產品質量好，但是仍然存在生產效率低，導電結晶器結構復雜，技術難度大，設備的控制技術難度大等缺點。

發明內容

本發明的目的是要提供一種：生產工藝簡單、產品性能好、成本低的層狀復合材料制造工藝及設備。

解決其技術問題的設備方案是：該設備有一工作臺，在工作臺上有一孔洞，在工作臺的下面安裝有一升降裝置，在工作臺的上面安裝有水冷結晶器和電極把持器。水冷結晶器的外部安裝有感應加熱器，上面安裝有保溫蓋和澆注漏斗，下面安裝有底水箱，在水冷結晶器和底水箱的下部和上部分別連接有進出水管。金屬芯棒通過水冷結晶器的中心穿過底水箱的中心孔襯套固定在升降裝置上。

在電極把持器上安裝有多根自耗或非自耗電極，電源K連接在電極把持器和底水箱上。在澆注漏斗的下面連接有澆注管。在芯棒上安裝有超聲波振動器。在底水箱的中心連接有襯套。水冷結晶器即可以是圓形，赤可以是矩形、長方形等幾何形狀和帶有凹凸形槽形狀的整體結構或雙開合哈復式結構。