本技术涉及一种钛合金与碳钢复合板材及其制备工艺,属于金属复合材料加工技术领域。该技术通过在碳钢板上刻槽和对钛合金板进行波纹轧制,实现槽与波纹齿的精确咬合,促进钛钢协同变形,实现钛层对钢层施加拉应力,钢层对钛层施加压应力的效果。采用粗轧和精轧工艺,有效打碎表面金属和界面杂质,形成紧密结合的钛/钢界面,促进界面形成。通过密封和抽真空处理,减少金属表面氧化,抑制脆性化合物生成,降低界面残余应力。该方法制备的钛合金/碳钢复合板具有界面结合紧密和低残余应力的特点。
背景技术
随着科技不断的发展,单一材料的性能越来越难满足工业生产的需求。金属层状复合板因其性价比高、综合性能好以及对各种复杂环境适应性强的优点,能够达到单一金属不能满足的性能要求等,广泛被人们所认同。钛/钢复合板既具有钛优良的耐蚀性和热稳定性又具有合金钢的强韧性以及良好的焊接性。钛/钢复合板广泛应用于汽车、石油化工、航空航天、海洋工程、船舶等诸多领域。
钛/钢复合板的生产制备技术主要有爆炸复合法、扩散复合法、轧制复合法等。爆炸复合法是利用炸药爆炸产生的瞬间高温高压环境使得异种金属复合的一种工艺方法。爆炸复合法能够使异种金属得到很好的结合,但是同时也会产生界面应力集中,对复合板的长期使用具有较大的潜在威胁,且炸药的某些成分会残留在钛钢复合板的结合面上,造成夹杂,在钛/钢复合板的使用过程产生裂纹扩展开裂或局部应力集中,进而导致翘曲等不利影响。轧制复合法生产异种金属复合板的优点是:产品尺寸范围大,生产效率高,适合大批量生产,但是钛/钢复合板在高温下轧制是一个较为复杂的过程,因为钛合金和碳钢在相同温度下的变形抗力不同,且热物性差异较大,在轧制过程中会出现钛合金和碳钢变形不协调的情况,由于钛合金和碳钢的不协调变形,导致钛/钢界面产生较大残余应力,不仅影响钛/钢复合板的界面结合强度,还会导致轧制后的钛/钢复合板出现翘曲现象,在板料后续的成型及使用中,过大的残余应变会使界面产生微裂纹,进而裂纹扩展造成界面性能的恶化。综上,现有的钛/钢复合板的生产工艺均存在结合界面残余应力较大的问题,易使钛/钢复合板的使用过程产生裂纹扩展开裂或局部应力集中导致翘曲。
在实际生产过程中,往往通过热处理和自然时效等方法降低残余应力。热处理时常用的退火工艺一般为整体退火,这种方法是将整体复合板坯放入退火炉内进行退火,且在加热的过程当中存在内外加热时间的差别,造成复合板结合强度不一致等问题。而长时间自然时效大幅延长了整个加工时间,导致生产效率降低,成本提高等问题。
因此,如何提高生产效率,同时进一步降低钛合金/碳钢复合板界面残余应力,生产出界面结合紧密且界面残余应力低的钛合金/碳钢复合板,成为本领域亟待解决的技术问题。
实现思路