Биметаллическая тонкая полоса и способ ее получения



Биметаллическая тонкая полоса и способ ее получения
Биметаллическая тонкая полоса и способ ее получения
Биметаллическая тонкая полоса и способ ее получения

 

B23K103/08 - Пайка или распаивание; сварка; плакирование или нанесение покрытий пайкой или сваркой; резка путем местного нагрева, например газопламенная резка; обработка металла лазерным лучом (изготовление изделий с металлическими покрытиями экструдированием металла B21C 23/22; нанесение облицовки или покрытий литьем B22D 19/08; литье погружением B22D 23/04; изготовление составных слоистых материалов путем спекания металлического порошка B22F 7/00; устройства для копирования и регулирования на металлообрабатывающих станках B23Q; покрытие металлов или материалов металлами, не отнесенными к другим классам C23C; горелки F23D)

Владельцы патента RU 2613543:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) (RU)

Изобретение может быть использовано при изготовлении тонких биметаллических полос, содержащих слои из сплавов алюминия и сплавов меди. Биметаллическая полоса содержит основной слой на основе алюминия в отожженном состоянии и, по крайней мере, один плакирующий слой на основе меди в отожженном состоянии. Отношение пределов прочности плакирующего слоя и основного слоя больше единицы, а отношение толщин плакирующего слоя и основного слоя определено условием: Нплос<0,2235(σплос)-0,628, где Нпл, Нос - толщина плакирующего слоя и основного слоя, мм; σпл, σос - предел прочности плакирующего слоя и основного слоя, МПа. При изготовлении биметаллической полосы осуществляют совместную прокатку подготовленных слоев, диффузионный отжиг, последующую холодную прокатку с последующим отжигом. Диффузионный отжиг проводят при достижении суммарной деформации, определяемой условием: Е=-0,0543(Нплос)2+2,5686(Нплос)+49,4, где Е - суммарная деформация ленты от исходного состояния. Каждый последующий отжиг проводят при достижении суммарной деформации, определяемой условием: Е≤-0,23(Нплос)2+9,8(Нплос)-11,2. Изобретение обеспечивает отсутствие разрывов плакирующих лент и, как следствие, повышение выхода годного продукта. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургической промышленности, а именно к производству слоистых металлических композиций, в частности к конструкции биметаллических полос, содержащих слои из сплавов алюминия и сплавов меди, а также к способу изготовления биметаллических полос.

Из уровня техники известна полоса, состоящая из основного слоя и двух плакирующих слоев [Дмитров Л.Н., Кузнецов Е.В., и др. Биметаллы, Пермь, 1991, с. 197]. Полосу получают совместной холодной прокаткой с обжатием 55-60% за проход, с последующим диффузионным отжигом. Затем ведут прокатку до требуемых толщин, используя промежуточные отжиги и, при необходимости, окончательный отжиг. Отношение толщин плакирующих латунных лент и стальной основы равно 4-6%.

Недостатком указанного аналога является коррозия кромок основного стального слоя, низкая теплопроводность стального слоя по сравнению с латунными сплавами, и, как следствие, снижение эффективности работы систем охлаждения двигателя и масла при использовании такого вида лент для изготовления автомобильных радиаторов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту и принятой в качестве прототипа для заявляемой биметаллической полосы устройства является полученная совместной прокаткой биметаллическая полоса, содержащая основной слой из сплава на основе алюминия в отожженном состоянии и по крайней мере один плакирующий слой из сплава на основе меди в отожженном состоянии [патент РФ №2324598, «Биметаллическая полоса», МПК В32В 15/20, опубл. 27.09.2007].

Недостатком данного изобретения является то, что при отношении пределов прочности плакирующего слоя и основного слоя, составляющего 0,7-2,0, невозможно получить холодной прокаткой качественную биметаллическую полосу из сплава алюминия и сплава меди при увеличении отношения пределов прочности более 1. Опытные прокатки по получению композиций с основой из более мягкого металла, чем металл основы, свидетельствуют о том, что качественная обрезка кромок плакирующей ленты зависит от отношения толщин исходных компонентов и их прочностных характеристик.

Из уровня техники известен способ изготовления тонких биметаллических листов, полос и лент [а.с. №1696225, «Способ изготовления тонких биметаллических листов, полос и лент алюминий-медь», МПК В23К 20/04, опубл. 07.12.1991], включающий совместную прокатку слоев алюминия и меди в валках.

Использование данного изобретения нецелесообразно ввиду значительной стоимости такого биметалла, т.к. по объему содержание меди составляет 60% от содержания алюминия. Также данное изобретение не пригодно, когда требуется получить симметричный пакет, например, медь-алюминий-медь.

Из уровня техники известен способ получения биметаллических лент с основой из алюминия, плакированных медью или сплавами на ее основе, принятый в качестве прототипа для способа, включающий подготовку контактных поверхностей, совместную прокатку лент с их деформацией, диффузионный отжиг, последующую холодную прокатку с последующим отжигом. [Карева Н.Т., Пелленен А.П., Хабибуллин А.А., Галимов Д.М. Исследование влияния отжига на строение и свойства биметаллических лент латунь-алюминий-латунь. Вестник ЮУрГУ. Металлургия, 2014; Трыков Ю.П., Гуревич Л.М., Шморгун В.Г. Слоистые композиты на основе алюминия и его сплавов. М.: Металлургия, 2004; Король В.К., Гильденгорн М.С. Основы технологии производства многослойных металлов. М., Металлургия, 1970].

Недостатком указанного способа является то, что при проведении отжигов суммарная деформация биметаллической ленты выбирается произвольно, что может привести к разрушению плакирующего слоя ленты.

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение качественной обрезки кромок плакирующей ленты, предотвращение разрывов плакирующих лент и, как следствие, повышение выхода годного продукта.

Указанный технический результат достигается за счет того, что биметаллическая полоса, содержащая основной слой на основе алюминия и, по крайней мере, один плакирующий слой на основе меди, в отожженном состоянии согласно изобретению отношение пределов прочности плакирующего слоя и основного слоя больше единицы, а отношение толщин плакирующего слоя и основного слоя определено условием:

где Нпл, Нос - толщина плакирующего слоя и основного слоя, мм; σпл, σос - предел прочности плакирующего слоя и основного слоя, МПа.

Также указанный технический результат достигается за счет того, что способ изготовления биметаллической полосы, включающий подготовку контактных поверхностей плакирующего и основного слоя, их совместную прокатку, диффузионный отжиг, последующую холодную прокатку с последующим отжигом согласно изобретению диффузионный отжиг биметаллической полосы проводят при достижении суммарной деформации, определяемой условием:

где Е - суммарная деформация ленты от исходного состояния; а каждый последующий отжиг биметаллической полосы проводят при достижении суммарной деформации, определяемой условием:

В том случае, когда биметаллическая лента имеет отношение толщин, определенных условием (1), и ширина плакирующего слоя больше ширины основного слоя, обеспечивается качественная обрезка кромок плакирующего слоя.

Диффузионный отжиг необходимо проводить при степени суммарной деформации, определяемой условием (2) для того, чтобы предотвратить надрывы в плакирующих слоях и увеличить прочность их сцепления.

При прокатке до конечной толщины неравномерность послойных деформаций композиций из сплавов на основе алюминия и плакирующих сплавов на основе меди хоть и в меньшей степени, но сохраняется. Поэтому для снижения растягивающих напряжений, улучшения пластических свойств материалов и исключения надрывов в плакирующих лентах необходимо проводить последующий отжиг со степенью деформации, определенной условием (3).

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена заявляемая биметаллическая полоса; на фиг. 2 показано, как изменяется качество обрезки кромок в зависимости от прочности плакирующих слоев и основного слоя.

На фиг. 1 представлена биметаллическая полоса, состоящая из основного слоя 1 из материала на основе алюминия в отожженном состоянии и двух плакирующих слоев 2 на основе меди в отожженном состоянии. Отношение пределов прочности плакирующего слоя 2 и основного слоя 1 больше единицы, т.е. (σплос>1), а отношение толщин плакирующего слоя и основного слоя определено условием (1):

Нплос<0,2235(σплос)-0,628

Заявляемую биметаллическую полосу получают с помощью способа, включающего подготовку контактных поверхностей основного 1 и плакирующих слоев 2, их совместную прокатку, диффузионный отжиг, последующую холодную прокатку с последующим отжигом, при этом диффузионный отжиг биметаллической полосы проводят при достижении суммарной деформации, определяемой условием (2):

Е=-0,0543(Нплос)2+2,5686(Нплос)+49,4,

а каждый последующий отжиг биметаллической полосы проводят при достижении суммарной деформации, определяемой условием (3):

Е≤-0,23(Нплос)2+9,8(Нплос)-11,2.

Испытание биметаллической полосы проводилось на опытном стане Дуо-200, имеющем диаметры рабочих валков 180 мм. В качестве основного слоя использовались отожженные ленты из алюминиевых сплавов А5 и АМг2 толщиной 1,0 мм и шириной 45 мм. В качестве плакирующего слоя использовались латунь Л90, нейзильбер МНЦ 15-20 и сталь 08КП. В соответствии с условием (1) толщины плакирующих слоев варьировались в диапазоне 7-35% от толщины основного слоя. Ширина плакирующих слоев - 50 мм.

Исходные компоненты отжигались в камерной печи: алюминиевые сплавы при температуре 380°C с выдержкой 40 мин, плакирующие ленты при температуре 670°C с выдержкой 60 мин; охлаждение с печью. Травление лент проводилось в 18% растворе серной кислоты при температуре 50-60°C.

В таблице 1 приведены прочностные характеристики металлов, используемых при опытном плакировании.

Как видно из таблицы 1, отношение пределов прочности плакирующего слоя (σпл) и основного слоя (σос) изменялось в достаточно широких пределах: от 1,26 до 6,85.

Результаты экспериментального исследования для условий, когда прочность металла основного слоя меньше прочности металла плакирующего слоя, позволили определить области качественной, некачественной обрезки кромок и отсутствия обрезки.

Так, при оценке качества обрезки кромок плакирующих слоев ее вид подразделили на три вида (см. фиг. 2):

1. Кромка деформирована, но не обрезана (обрезка кромки отсутствует полностью).

2. Некачественная обрезка. Обрезка кромки происходит, однако имеются разрывы и трещины плакирующей ленты на кромке.

3. Качественная обрезка кромки вдоль всего образца. Отсутствуют трещины и разрывы плакирующей ленты.

Результаты экспериментального исследования, приведенные на фиг. 2, свидетельствуют, что с увеличением прочности плакирующих слоев, по сравнению с прочностными характеристиками основного слоя, обрезка кромок ухудшается. Так, например, для композиции Алюминий АМг2-Латунь Л90 (σплос=1,26) критическое отношение толщин плакирующего слоя и основного слоя, при котором отсутствует обрезка, составляло 35%. Для композиции Алюминий А5-Сталь 08КП (σплос=6,85) обрезка уже прекращалась при отношении толщин 10%.

Экспериментальные данные аппроксимировали методом наименьших квадратов, благодаря чему получено условие (1) для выбора соотношения толщин компонентов в зависимости от соотношения пределов прочности плакирующих слоев и основного слоя, при которых обеспечивается качественная обрезка кромок.

Рассмотрим пример использования условия (1) для изготовления биметаллической полосы, в которой в качестве основы используется алюминиевый слой из сплава АМг2, а плакирующий слой - из нейзильбера МНЦ 15-20. В отожженном состоянии сплав АМг2 имеет предел прочности 190 МПа, а сплав МНЦ 15-20- 333 МПа (см. таблицу 1). Таким образом, отношение пределов прочности плакирующего слоя и основного слоя равно: σплос=333/190=1,75.

Из условия (1) предельное отношение толщин, при которых обеспечивается качественное плакирование, равно 0,157. Для качественного плакирования необходимо, чтобы отношение толщин было менее 0,157.

Для получения биметаллической полосы из нейзильбера МНЦ 15-20-алюминия АМг2 применялись в качестве основного слоя - алюминиевая лента АМг2 с толщиной слоя Нос=1,8 мм и согласно условию (1) в качестве плакирующего слоя - лента из нейзильбера с толщиной Нпл<0,157Нос, т.е. Нпл<0,28 мм. Опытное плакирование холодной прокаткой на стане Дуо-200 с толщиной слоя плакирующей ленты, равной 0,2 мм, доказало получение биметаллической полосы с хорошим качеством кромки согласно условию (1).

Таким образом, определение отношения толщин согласно условию (1) плакирующего слоя и основного слоя для биметаллической полосы, содержащей основной слой из сплава на основе алюминия в отожженном состоянии и, по крайней мере, один плакирующий слой в отожженном состоянии из сплава на основе меди, когда отношение пределов прочности основного слоя и плакирующего слоя больше единицы, т.е. при σплос>1, обеспечивает получение качественных биметаллических полос холодной прокаткой.

Заявляемая биметаллическая полоса была изготовлена с помощью способа, включающего подготовку контактных поверхностей основного и плакирующего слоев, их совместную прокатку, диффузионный отжиг, последующую холодную прокатку с последующим отжигом, при этом диффузионный отжиг биметаллической полосы проводили при достижении суммарной деформации, определяемой условием:

где Е - суммарная деформация полосы от исходного состояния;

а последующий отжиг биметаллической полосы проводили при достижении суммарной деформации, определяемой условием:

Е≤-0,23(Нплос)2+9,8(Нплос)-11,2

В качестве исходных компонентов для основного слоя в отожженном состоянии из сплава АМг2 и плакирующего слоя в отожженном состоянии из сплава Л90 выбрано соотношение толщин по условию (1) - 15%, т.е. для толщины основного слоя, равного 1,7 мм, толщина плакирующего слоя составила 0,25 мм, а суммарная толщина H полосы латунь-алюминий-латунь составила 2,2 мм.

Из условия (2) суммарная степень деформации, при которой необходимо делать первый отжиг, равна 75,71%. Зная степень деформации, по известным зависимостям теории прокатки определили толщину полосы (Н), при которой необходимо прекратить прокатку и провести отжиг, т.е.

H=H(1-Е/100)=2,2(1-75,71/100)=0,53 мм.

Такие условия прокатки были реализованы на стане Дуо-200, получена биметаллическая полоса требуемой толщины, и был проведен отжиг биметаллической полосы в камерной печи при температуре 380°C с выдержкой 1 час. При этом в плакирующем слое не было обнаружено разрывов плакирующих слоев

Е≤-0,23(Нплос)2+9,8(Нплос)-11,2

Е≤84%

Технологическая эффективность заявляемого способа получения тонких биметаллических лент иллюстрируется следующим примером.

Для композиции латунь Л90-алюминий АМг2-латунь Л90 по выражению (1) получилось, что Нплос=19%. Нами выбрано соотношение Нплос=15%. Далее получена плакированием и последующей прокаткой со степенью деформации 70%, определенной по выражению (2), полоса толщиной 0,7 мм. При этой толщине выполнен отжиг полосы. Далее, используя условие (3), определена относительная деформация, при превышении которой образуются надрывы плакирующего слоя, составлявшая 84,5%. При этом предельная толщина полосы, при которой необходимо сделать отжиг, равна Н(1-Е/100)=0,11 мм. Такая толщина полосы получена при прокатке на двух станах. Сначала полоса прокатывалась на стане Дуо-200 с диаметром рабочих валков 180 мм до толщины 0,25 мм, а затем на стане кварто с диаметром рабочих валков 40 мм до толщины 0,11 мм.

После выполнения отжига лента была прокатана на стане кварто до 0,015 мм с использованием выражения (3) до минимально возможной толщины для условий стана кварто.

Таким образом, опытной прокаткой подтверждена эффективность предлагаемого способа получения биметаллической полосы с основой из сплавов алюминия и плакирующих лент из сплавов меди.

Настоящее изобретение позволяет установить соотношение толщин плакирующего слоя основного слоя для композиций, в которых в качестве основного слоя используются сплавы на основе алюминия, а в качестве плакирующих - сплавы на основе меди. При этом при плакировании полос обеспечивается качественная обрезка кромок плакирующих слоев и технологичность процесса при плакировании и последующей прокатки.

Использование предлагаемого способа получения биметаллических полос обеспечивает исключение надрывов в плакирующих слоях, возможность получения тонких полос и повышение выхода годного продукта.

1. Тонкая биметаллическая полоса, содержащая основной слой из сплава на основе алюминия и, по крайней мере, один плакирующий слой из сплава на основе меди, отличающаяся тем, что отношение пределов прочности плакирующего слоя и основного слоя больше единицы, а отношение толщин плакирующего слоя и основного слоя определено условием:

Нплос<0,2235(σплос)-0,628, где

Нпл, Нос - толщина плакирующего слоя и основного слоя, мм,

σпл, σос - предел прочности плакирующего слоя и основного слоя, МПа.

2. Способ изготовления тонкой биметаллической полосы по п.1, включающий подготовку контактных поверхностей основного и плакирующего слоев, их совместную прокатку, диффузионный отжиг, последующую холодную прокатку с последующим отжигом, при этом диффузионный отжиг проводят при достижении суммарной деформации, определяемой условием:

Е=-0,0543(Нплос)2+2,5686(Нплос)+49,4, где

Е - суммарная деформация полосы от исходного ее состояния,

Нпл, Нос - толщина плакирующего слоя и основного слоя, мм,

а каждый последующий отжиг проводят при достижении суммарной деформации, определяемой условием:

Е≤-0,23(Нплос)2+9,8(Нплос)-11,2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к первичной упаковке для мягких желатиновых капсул, содержащих липофильную основу и микроорганизмы, в форме блистерных упаковок или пакетов-саше, содержащих непроницаемый многослойный материал.

Группа изобретений относится к медицине. Описаны перевязочные материалы, включающие металлический субстрат, такой как алюминий, имеющие сторону, обращенную к ожогу, для прямого контакта с ожогом, чтобы отвести тепло от ожога за счет теплопроводности, и обращенную к теплопоглотителю сторону, противоположную стороне, обращенной к ожогу, для контакта с гидрогелем, чтобы отвести тепло от металлического слоя путем теплопроводности.

Изобретение относится к области слоистых алюмополимерных композиционных материалов и касается слоистого алюмостеклопластика и изделия, выполненного из него. Слоистый алюмостеклопластик содержит по меньшей мере два слоя высокомодульного Al-Li сплава с уложенными между ними двумя слоями армированного стеклопластика с однонаправленными волокнами на основе эпоксидного связующего.

Изобретение относится к области получения ионно-плазменных покрытий с износостойкими и антизадирными свойствами для работы в парах трения «алюминий-сталь», «алюминий-чугун».

Изобретение относится к получению медьсодержащего материала в виде металлической подложки с нанесенными на нее микрочастицами меди. Ведут электроосаждение на металлическую подложку монослоя икосаэдрических микрочастиц меди с размером от 5 мкм до 15 мкм, обладающих шестью осями симметрии пятого порядка, из электролита в виде сернокислого медного раствора при перенапряжении 30-150 мВ.

Изобретение относится к композиту с медной фольгой, содержащему медную фольгу и ламинированный на нее полимерный слой, к формованному продукту и к способу их получения.

Изобретение относится к авиастроительной промышленности, в частности к слоистым металлополимерным композиционным материалам, и касается композиционного слоистого материала и способа его получения.

Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано для получения многослойных композитов на основе системы Ni-Al, а также прекурсоров для синтеза наноструктурных интерметаллических соединений данной системы.
Изобретение относится к производству композиционных материалов, в частности к производству слоистых композиционных материалов сталь-алюминий. Стальные листы предварительно покрывают слоем свинца, затем их покрывают водным раствором флюса, удаляют влагу, собирают в пакеты и пропитывают в алюминиевом расплаве с температурой перегрева на 50-100°C выше линии ликвидус алюминиевого сплава.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения многослойных композитов на основе системы Cu-Al, а также прекурсоров для синтеза наноструктурных интерметаллических соединений данной системы.

Изобретение может быть использовано при изготовлении биметаллической проволоки на стальной основе с оболочками из различных металлов, преимущественно цветных. Предварительно обрабатывают стальной сердечник и медную оболочку в виде ленты в электролите в электрогидродинамическом режиме анодного процесса.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к плакирующему материалу для стального листа, используемого в морских конструкциях, устройствах опреснения морской воды.

Изобретение может быть использовано для получения биметалла из меди и низкоуглеродистой стали при изготовлении деталей, применяемых в конструкциях установок для электролиза алюминия.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению биметаллических заготовок из алюминиево-оловянных антифрикционных сплавов путем изменения их физической структуры сочетанием термической обработки и пластической деформации, и может быть использовано, например, в производстве подшипников скольжения.

Изобретение относится к производству двух-, трех- и многослойных материалов горячей прокаткой и может быть использовано при производстве биметаллического проката на основе низкоуглеродистой стали и алюминиевых сплавов.
Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для получения многослойного композиционного материала с микроразмерной структурой слоев.
Способ может быть использован при изготовлении биметаллического проката для изготовления ювелирных изделий, часов, сувенирных изделий, посуды, столовых приборов, церковных украшений.
Способ может быть использован при изготовлении биметаллического проката для изготовления ювелирных изделий, часов, сувенирных изделий, посуды, столовых приборов, церковных украшений.

Изобретение относится к металлургической промышленности и касается способа получения слоистого композиционного материала на основе алюминиевых сплавов и низколегированной стали.
Изобретение может быть использовано для изготовления супермногослойных листовых полуфабрикатов на основе разнородных материалов. В качестве исходных заготовок используют листы из сплавов разнородных металлов, взаимно растворимых друг в друге в интервале температуры нагрева при горячей обработке давлением.

Изобретение может быть использовано при производстве свинцовых аккумуляторов, в частности для батарей резервного питания и двойного назначения. Флюс содержит бромистоводородную кислоту, моноэтаноламин, изопропиловый спирт, N-Метил-2-пирролидон и адипиновую кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%: N-Метил-2-пирролидон 35-54, изопропиловый спирт 5-9, адипиновая кислота 15-30, бромистоводородная кислота 40%-ная 10-25, моноэтаноламин 3-10.
Наверх