铝合金钎焊复合板冷轧工艺分析及轧制力计算

2014-09-19孙鹏

有色金属加工 2014年3期

孙鹏

(洛阳有色金属加工设计研究院，河南洛阳471039)

铝合金钎焊复合板是将铝合金钎料复合到一块铝合金板上，钎焊加热时钎料熔化而铝合金板不熔化，目前市场上的钎焊复合板主要采用的是4343/3003/4343铝合金。钎焊复合材料具有单一金属材料无可比拟的优异的综合性能，因而在不同领域得到广泛应用，需求也在不断增长。本文将介绍其冷轧复合的工艺方法及轧制力的计算结果。

1 铝合金钎焊板冷轧复合工艺方法

目前，冷轧复合多采用“三步法”轧制，即表面处理→轧制复合→退火处理。冷轧复合时通常采取一个道次的大变形量轧制，其优点是冷轧复合工艺流程短，能耗低，生产效率高;板带材料宽度方向包覆层均匀，成材率高;投入资金少，风险低;可以避免金属间脆性化合物的形成。目前，国内用冷轧复合方法生产铝合金钎焊复合板的生产厂家还很少，此方向的市场潜力巨大，其生产设备布置见图1。

图1 Fig.1

2 铝合金钎焊板冷轧复合工艺过程影响因素

冷轧复合工艺过程的三个主要工序表面处理、轧制复合和退火处理，同时也是影响铝合金钎焊复合板性能的关键工艺因素。

2.1 表面处理

表面处理的目的是去除板材表面油污，形成硬化层，增大结合表面积，以提高复合板的界面结合强度，为物理接触的形成阶段创造条件。表面处理常用方法是机械法和化学法，而机械法中采用最多的是钢刷打磨。本公司与某铝业公司合作开发的 Φ850×1500mm铝合金钎焊复合板冷复合机组就采用了钢刷打磨的机械法。

2.2 冷轧复合

冷轧复合中，轧制加工率和轧制速度的合理配合是关键。针对不同材料，其临界变形率ε不同，对于热双金属而言ε≈60%;而铜铝复合板ε≈37%。相关资料显示，铝合金钎焊复合板的冷轧加工率在50%时复合效果最佳，而且道次加工率对抗下垂性影响很大。轧制速度具有双重作用，一方面速度高可以提高界面温度，有利于组元金属的复合;同时高轧制速度缩短了界面结合的有效时间，导致界面接触时间不足，又不利于金属间的复合。虽然低速复合有利于增加界面结合强度，但影响生产效率，本公司与某铝业公司合作开发的Φ850×1500mm铝合金钎焊复合板冷复合机组冷轧速度确定为5～10 m/min。

2.3 退火处理

轧制复合过程分为物理接触、接触表面的激活和扩散三个阶段。轧制复合后的界面结合属于机械物理结合，需要进行退火处理实现机械复合向冶金结合的转变。这不仅可消除缺陷(界面空洞、氧化物夹杂)和内部残余应力，在两侧形成一定深度的扩散层，还可增强界面的结合强度，提高板材成形性能。退火温度和时间是复合板退火工艺的关键参数，本公司与某铝业公司合作开发的Φ850×1500mm铝合金钎焊复合板冷复合机组采用的退火温度为360～400℃ ，保温时间40～60min。

3 4343/3003/4343复合轧机带材轧制力计算

3.1 材料室温和高温力学性能数据

3003合金(芯材)室温下的屈服强度约为75～80MPa，50%加工率下加工硬化作用使其屈服强度增大至175 MPa左右。4343合金(皮材)的屈服强度略高于3003合金，在皮材和芯材原始层厚比约为1︰10的复合过程中，可忽略皮材的塑性变形，计算时按照芯材来计算。

3.2 轧制力及力矩计算

计算条件为，皮材(4343)0.6×1350 mm，芯材(3003)5.5×1350 mm，轧辊直径 Ф850mm(两辊)，室温轧制，轧制变形率50%，轧制速度10m/min。

根据经验公式计算过程及结果为:轧前厚度H=6.70mm，轧后厚度 h=3.35mm，平均厚度=H+h/2=5.03mm，绝对压下量△h=3.35mm，道次加工率ε=△h/H=50%，轧辊半径R=425mm，咬入弧长水平投影=37.73mm，轧件平均宽度B=1350mm，接触面积水平投影F=B×l=50939.03mm2，变形区几何形状系数 φ==7.51，摩擦系数 μ =0.15，应力状态系数1.77，轧前金属屈服极限σs1=100MPa，轧后金属屈服极限σs2=170MPa，平均屈服极限 σs=(σs1+2×σs2)/3=146.67MPa，平均张应力 σp=0MPa，平面变型抗力 K=1.15σs－σp=168.67MPa，平均单位压力=nσ×K=298.55MPa，轧制力 P=×F=15207.84KN，力臂系数 x=0.42，轧制力矩 M=2P ×x×l=481.98KN·m。

经与某铝业公司相关工艺人员探讨，针对此次本公司与某铝业公司合作开发的Ф850×1500mm铝合金钎焊复合板冷复合机组最终确定轧制力为P=16000kN。这一主要力学参数的确定也为整个机组的设备设计提供了设计基础。