一種鈦/鋁合金復合板坯的鑄軋裝置及其方法
【專利摘要】一種鈦/鋁合金復合板坯的鑄軋裝置及其方法，裝置包括前箱，鑄嘴，鑄軋輥，2個穩恒磁場發生裝置，脈沖電流發生器，鈦帶表面處理裝置和鈦帶夾送裝置；鑄軋方法：1)配料熔煉；2)鈦帶表面處理；3)鈦帶穿過軋輥區；4)鋁合金熔體輸送至前箱；5)鋁合金溶體導入鑄嘴，流入鑄軋輥進行軋制；6)復合板坯強化：開啟穩恒磁場發生裝置，同時開啟脈沖電流發生器，制得所需尺寸的鈦/鋁復合板坯時鑄軋結束。本發明方法，鈦帶表面處理方法不同，同時在鑄軋過程中施加穩恒磁場和脈沖電流，提高復合材料性能；本發明方法短流程、高效低成本和節約能源；制備的鈦/鋁復合材料界面沒有化合物脆性層，結合強度大于20N/mm，最高可達28N/mm。
【專利說明】
一種鈦/鋁合金復合板坯的鑄軋裝置及其方法
技術領域
[0001]本發明屬于鑄乳設備技術領域，具體涉及一種鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置及其方法。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的發展，特別是航空、航天、電子等尖端科技的發展，人們對材料的性能提出了越來越苛刻的要求，傳統單一材料已經遠遠不能滿足這些要求另外，由于資源儲量和加工成本的問題，限制了某些金屬材料的大量應用。鈦合金和鋁合金都是應用廣泛的先進輕金屬材料，特別是在航空航天領域，鈦合金和鋁合金起著減輕結構重量、降低能耗、提高裝備性價比等作用。鈦合金具有高的比強度、顯著的抗沖擊性能、優良的耐蝕性和熱穩定性，但其生產成本高，價格昂貴;鋁合金具有低密度、易成形、高的熱導率和電導率，但耐蝕性和耐高溫沖擊性比較差。鈦-鋁復合材料在繼承上述二者優點的同時，可以提供單一母材所不具備的綜合性能，可滿足現代工業輕質化、結構功能一體化和低成本設計要求，因此具有廣闊的應用前景。
[0003]目前，鈦-鋁層狀復合材料的常見生產方法主要有真空擴散焊接法，爆炸焊接法、乳制法等。在這些復合方法中鈦-鋁結合過程都屬于固態-固態結合，具有界面熱輸入不足和控制難度大的缺點，而且結合界面很容易產生TiAl ,TiAl3和Ti3Al等脆性金屬間化合物，導致結合強度不高；
[0004]連續鑄乳技術是用轉動著的兩根內部通水冷卻的乳輥作為熔體結晶器，液態金屬進入鑄乳區以后與乳輥接觸，在數秒鐘時間內便完成凝固過程，緊接著已凝固的金屬又會受到一定的乳制力的作用，得到組織性能和外觀質量優良的金屬板坯。鈦-鋁在固-液復合過程中的界面行為主要包括:鋁合金熔體在鈦帶表面的接觸、潤濕、擴散反應、化合物的析出過程。采用鑄乳法生產鈦-鋁復合板材過程中，由于鋁合金基材處于液態，是一個固-液復合過程，鈦-鋁在鑄乳區內的接觸時間較短，通過控制鑄乳區長度、澆注溫度、鑄乳速度等工藝參數來控制鈦-鋁界面的接觸、潤濕和擴散過程，使界面達到潤濕而幾乎不會產生金屬間化合物層，保證復合板坯的結合強度。同時，鑄乳復合法具有短流程、投入少、成本低等優點，與傳統方法相比，具有明顯優勢和很大的工藝實現潛力。
[0005]另外，鈦帶表面的處理狀態對復合強度有重要影響。金屬鈦屬于比較活潑的金屬，正常情況下其表面都會有一層金屬氧化物薄膜。此薄膜在復合過程中阻礙原子之間的相互擴散。在鑄乳復合過程中，當鋁液與鈦帶表面接觸時，由于鋁元素活潑性強于鈦元素，鋁會和鈦的氧化物產生置換反應從而將其去除掉。但由于鋁鈦間接觸時間較短，不能將氧化物去除完全，將會阻礙冶金結合的形成。因此在鑄乳復合之前，需要采取一定的處理方法去除鈦帶表面的油污和氧化層。
[0006]脈沖電磁場在熔體中會產生周期性浪涌作用，并在液態金屬中形成了很大的對流以及對模壁強烈的沖擊，阻礙凝固殼的提前形成，熔體的高溫形核階段將延長一定時間。由于鈦-鋁鑄乳復合是一個固-液復合過程，施加脈沖電流引起的對鈦帶表面的強烈沖擊作用將有助于表面氧化層的去除和鋁液在鈦帶表面的潤濕過程，促進鈦鋁的結合。
【發明內容】
[0007]針對現有技術的不足，本發明提供一種鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置及其方法。該方法是一種運用鑄乳法生產鈦-鋁復合帶材的新方法，在傳統水平式鑄乳法的基礎上，通過在鑄嘴和乳輥表面縫隙間穿入鈦帶并將其緊密貼合于乳輥表面，然后將鋁合金熔體澆入鑄嘴，實現鈦-鋁間的固-液復合。
[0008]本發明的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置，包括前箱，鑄嘴，鑄乳輥，2個穩恒磁場發生裝置，脈沖電流發生器，鈦帶表面處理裝置和鈦帶夾送裝置；
[0009]所述的鑄嘴位于前箱下方，且鑄嘴的一端與前箱相連通，鑄嘴的另一端與鑄乳輥金屬熔體流入端相連通，鈦帶表面處理裝置的出口端與鈦帶夾送裝置的入口段相對應，鈦帶夾送裝置的出口端與鑄乳輥金屬熔體流入端相對應，穩恒磁場發生裝置設置在鑄乳輥夕卜，且分別位于鑄乳輥金屬熔體流入端和鑄乳輥板坯出口端;脈沖電源發生器設置在鑄乳輥外，脈沖電流發生器的一端與前箱的鋁合金熔液相對應，脈沖電流發生器的另一端與鑄乳輥出口端的鈦/鋁合金復合板坯相對應。
[0010]所述的鑄嘴即為澆注嘴。
[0011 ]所述的前箱，用來熔鑄鋁合金，澆注溫度為680?710 °C。
[0012]所述的鈦帶夾送裝置施加張力大小為20?10MPa;保證鈦帶在送進鑄嘴和上乳輥表面之間縫隙過程中能緊密貼合在上乳輥表面。
[0013]所述的鑄乳輥，包括上乳輥和下乳輥，上乳輥和下乳輥呈上下對稱設置，輥內通冷卻水;上乳輥和下乳輥之間輥縫值為2?8mm，上乳輥和下乳輥外徑均為400?1030mm，鑄乳速度為0.6?3m/min，鑄乳溫度為680?700°C，冷卻水壓力位0.2?0.4Mpa，水溫為20?30°C，保證成功立板和鈦-鋁之間達到一定的結合強度；
[0014]所述的穩恒磁場發生裝置，為直流磁場發生裝置，磁場強度為20?lOOmT，磁場的方向與鑄乳方向垂直，用于增加鈦-鋁復合強度;通過給鑄乳區施加電脈沖或電磁震蕩場進一步提高復合材料的結合強度，并確定最佳電磁場參數。
[0015]所述的脈沖電流發生器，脈沖電源頻率為10?50Hz，峰值電流密度為0.1?0.5A/mm2，占空比為10?20%，用于增加鈦-鋁復合強度。
[0016]采用鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置，進行鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳方法，包括如下步驟:
[0017]步驟I，配料熔煉:
[0018]根據鈦/鋁合金復合板坯中的鋁合金的成分，熔煉制得鋁合金溶體；
[0019]步驟2，鈦帶表面處理:
[0020]將鈦帶去除油污和氧化皮；
[0021 ]步驟3:鈦帶穿過乳輥區:
[0022]調整夾送裝置，給鈦帶施加大小為40?120MPa的張力，使鈦帶與鑄乳輥表面同步運動，并穿過鑄嘴與上乳輥之間的縫隙時，暫停夾送裝置；
[0023]步驟4，鋁合金熔體輸送:
[0024]將鋁合金溶體，以在其液相線溫度以上30?50°C，輸送至前箱；
[0025]步驟5，鑄乳:
[0026]鋁合金溶體導入鑄嘴，流入鑄乳輥進行乳制，同時，使夾送裝置繼續工作;其中，鑄嘴開口度為10?15mm，鑄乳輥外徑為400?1030mm，輥縫為4?6mm，鑄乳溫度為680?700 °C，鑄乳速度為0.6?3m/min，冷卻水壓力設定在0.2?0.4Mpa，水溫設定為20?30°C。
[0027]步驟6，復合板坯強化:
[0028]開啟磁場強度為20?I OOmT的穩丨旦磁場發生裝置，將脈沖電流發生器的一端插入前箱的鋁合金熔液相，脈沖電流發生器另一端與鑄乳輥出口端的鈦/鋁合金復合板坯相連通，開啟脈沖電流發生器，控制脈沖頻率為20?100Hz，占空比為10?20%，峰值電流密度在為0.1?0.5A/mm2，制得所需尺寸的鈦/鋁合金復合板坯時，停止澆注，并將鑄乳速度調至Om/min，鑄乳結束。
[0029]其中:
[0030]所述的步驟I的操作為:根據鈦/鋁合金復合板坯中的鋁合金的成分，稱取配料;當鋁液溫度730?750 0C時，添加其他金屬元素，保溫30?120min;對熔體進行扒渣，將溶體溫度調至690?725°C轉入靜置爐靜置30?60min后，對熔體除氣。
[0031]所述的步驟2的操作為:
[0032](I)將鈦帶，進行堿洗和酸洗；
[0033](2)將酸堿洗后的鈦帶，打磨至表面粗超度為Ra2?4。
[0034]所述的步驟2，鈦帶經過酸洗和堿洗，去除表面的油污和氧化皮;打磨進一步保證氧化皮的去除，同時增加鈦合金帶的接觸面積，有利于提高復合強度。
[°035] 所述步驟3的鈦帶厚度為0.2?3mm。
[0036]所述的鑄乳方法制備的復合板坯，鈦金屬層厚度為0.2?3mm，鋁合金層的厚度在3?7mm。
[0037]本發明的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置及其方法，與現有技術相比，本發明的特點和有益效果是:
[0038](I)采用鑄乳法生產高結合強度的鈦-鋁復合板坯，具有短流程、高效低成本、節約能源和高復合強度特點；
[0039](2)本發明的鑄乳方法，為了消除鈦帶表面的氧化物和污染物，提出了不同的表面處理方法；
[0040](3)鈦-鋁界面組織可以通過改變鑄乳工藝參數進行控制，實現了界面組織和強度可控；
[0041](4)本發明的鑄乳方法，鑄乳復合又是一個固-液復合過程，能有效提高鈦-鋁結合強度，同時在鈦-鋁復合鑄乳過程中施加了脈沖電流，改善了鈦-鋁金屬間的潤濕效果，來達到進一步提尚強度的目的。
[0042](5)本發明的鑄乳方法制備的鈦/鋁復合材料界面沒有化合物脆性層，結合強度大于等于20N/mm，最高可達28N/mm。
【附圖說明】
[0043]圖1本發明實施例1的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置整體結構示意圖；其中，I，5_冷卻水;2-下乳輥;3，16-直流磁場發生器;4-鈦鋁復合板坯;6，12-電纜;7-上乳輥;8-鈦帶表面處理裝置;9-鈦帶夾送裝置；10-鈦帶；11-脈沖電流發生器；13-鋁合金熔體；14-前箱；15-鑄嘴；
[0044]圖2本發明實施例1的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置中鈦帶夾送裝置結構示意圖；其中，1_支架;2-下棍;3-上棍;4-上棍支架;5-蓋板;6-彈黃;7，8-螺帽；
[0045]圖3本發明實施例2制備的鈦/鋁合金復合板坯的結合界面形貌;其中，(a)掃描電鏡照片；(b)光學顯微。
【具體實施方式】
[0046]實施例1
[0047]鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置，其結構示意圖如圖1所示，包括前箱14，鑄嘴15，鑄乳輥，2個穩恒磁場發生裝置3，脈沖電流發生器11，鈦帶表面處理裝置8和鈦帶夾送裝置9;鈦帶夾送裝置9的結構示意圖如圖2所示。
[0048]所述的鑄嘴15位于前箱14下方，且鑄嘴15的一端與前箱14相連通，鑄嘴15的另一端與鑄乳輥金屬熔體流入端相連通，鈦帶表面處理裝置8的出口端與鈦帶夾送裝置9的入口段相對應，鈦帶夾送裝置9的出口端與鑄乳輥金屬熔體流入端相對應，穩恒磁場發生裝置3設置在鑄乳輥外，且分別位于鑄乳輥金屬熔體流入端和鑄乳輥板坯出口端;脈沖電源發生器11設置在鑄乳輥外，脈沖電流發生器11的一端與前箱14的鋁合金熔液相對應，脈沖電流發生器11的另一端與鑄乳輥出口端的鈦/鋁合金復合板坯相對應。
[0049]所述的鑄嘴15即為澆注嘴。
[0050]所述的前箱14，用來熔鑄鋁合金，澆注溫度為680?710°C。
[0051 ] 所述的鈦帶夾送裝置9施加張力大小為20?10MPa;保證鈦帶在送進鑄嘴14和上乳輥7表面之間縫隙過程中能緊密貼合在上乳輥表面。
[0052]所述的鑄乳輥，包括上乳輥2和下乳輥7，上乳輥2和下乳輥7呈上下對稱設置，輥內通冷卻水I和5;上乳輥2和下乳輥7之間輥縫值為2?8mm，上乳輥2和下乳輥7鑄乳輥外徑均為400?1030mm，根據不同牌號鋁合金，確定鑄乳速度、鑄乳溫度、冷卻水壓力和水溫保證成功立板和鈦-鋁之間達到一定的結合強度；
[0053]所述的穩恒磁場發生裝置3和16，為直流磁場發生裝置，磁場強度為20?lOOmT，磁場的方向與鑄乳方向垂直，用于增加鈦-鋁復合強度;通過給鑄乳區施加電脈沖或電磁震蕩場進一步提高復合材料的結合強度，并確定最佳電磁場參數。
[0054]所述的脈沖電流發生器11，脈沖電源頻率為10?50Hz，峰值電流密度為0.1?
0.5A/mm2，占空比在10?20%之間，用于增加鈦-鋁復合強度。
[0055]實施例2
[0056]采用實施例1的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置，進行鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳方法，包括如下步驟:
[0057]步驟I，配料熔煉:
[0058]鈦/鋁合金復合板坯中的鋁合金為1100鋁合金，按1100鋁合金的標準成分(wt%)Si+Fe: 0.95，Mn: 0.05，余量為Al，稱取配料；當鋁液溫度740°C時，添加其他金屬元素，保溫120min;對熔體進行扒渣，將溶體溫度調至705 V，轉入靜置爐靜置60min后，對熔體除氣，熔煉制得1100鋁合金溶體；
[0059]步驟2，鈦帶表面處理:
[0060](I)將厚度為0.25mm的鈦帶，進行堿洗和酸洗，去除表面的油污和氧化皮；
[0061](2)將酸堿洗后的鈦帶，打磨至表面粗超度為Ra2，進一步保證氧化皮的去除，同時增加鈦合金帶的接觸面積，有利于提高復合強度；
[0062]步驟3:鈦帶穿過乳輥區:
[0063]調整夾送裝置，給鈦帶施加大小為40MPa的張力，使鈦帶與鑄乳輥表面同步運動，并穿過鑄嘴與上乳輥之間的縫隙時，暫停夾送裝置；
[0064]步驟4，鋁合金熔體輸送:
[0065]將1100鋁合金溶體，以695°C，輸送至前箱；
[0066]步驟5，鑄乳:
[0067]1100鋁合金溶體導入鑄嘴，流入鑄乳輥進行乳制，同時，使夾送裝置繼續工作；其中，鑄嘴開口度為15mm，鑄乳輥外徑為500mm，輥縫為4.5mm，鑄乳溫度為695 °C，鑄乳速度為
1.5m/min，冷卻水壓力設定在0.2Mpa，水溫設定為25°C。
[0068]步驟6，復合板坯強化:
[0069]開啟磁場強度為60mT的穩恒磁場發生裝置，同時將脈沖電流發生器的一端插入前箱的鋁合金熔液相，脈沖電流發生器另一端與鑄乳輥出口端的鈦/鋁合金復合板坯相連通，開啟脈沖電流發生器，控制脈沖頻率為50Hz，占空比為15%，峰值電流密度在為0.5A/mm2，制得所需尺寸的鈦/鋁合金復合板坯時，停止澆注，并將鑄乳速度調至Om/min，鑄乳結束。
[0070]本實施例制備的鈦/鋁合金復合板坯的結合界面形貌如圖3所示。
[0071]實施例3
[0072]采用實施例1的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置，進行鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳方法，包括如下步驟:
[0073]步驟I，配料熔煉:
[0074]根據鈦/鋁合金復合板坯中的鋁合金的為3003鋁合金，按3003鋁合金標準成分(￥七％)5丨:0.6，？6:0.7，(:11:0.05?0.20，]\111:1.0?1.5，余量為41，稱取配料；當鋁液溫度7500C時，添加其他金屬元素，保溫120min ；對熔體進行扒渣，轉入靜置爐靜置60min后，對熔體除氣，將溶體溫度調至705°C，熔煉制得3003鋁合金溶體；
[0075]步驟2，鈦帶表面處理:
[0076](I)將厚度為0.25的鈦帶，進行堿洗和酸洗，去除表面的油污和氧化皮；
[0077](2)將酸堿洗后的鈦帶，打磨至表面粗超度為Ra4，進一步保證氧化皮的去除，同時增加鈦合金帶的接觸面積，有利于提高復合強度；
[0078]步驟3:鈦帶穿過乳輥區:
[0079]調整夾送裝置，給鈦帶施加大小為120MPa的張力，使鈦帶與鑄乳輥表面同步運動，并穿過鑄嘴與上乳輥之間的縫隙時，暫停夾送裝置；
[0080]步驟4，鋁合金熔體輸送:
[0081 ]將3003鋁合金溶體，以695°C，輸送至前箱；
[0082]步驟5，鑄乳:
[0083]3003鋁合金溶體導入鑄嘴，流入鑄乳輥進行乳制，同時，使夾送裝置繼續工作；其中，鑄嘴開口度為15mm，鑄乳輥外徑為500mm，輥縫為4.5mm，鑄乳溫度為695 °C，鑄乳速度為1.15m/min，冷卻水壓力設定在0.4Mpa，水溫設定為25°C。
[0084]步驟6，復合板坯強化:
[0085]開啟磁場強度為60mT的穩丨旦磁場發生裝置，將脈沖電流發生器的一端插入前箱的鋁合金熔液相，脈沖電流發生器另一端與鑄乳輥出口端的鈦/鋁合金復合板坯相連通，開啟脈沖電流發生器，控制脈沖頻率為40Hz，占空比為20 %，峰值電流密度在為0.4A/mm2，制得所需尺寸的鈦/鋁合金復合板坯時，停止澆注，并將鑄乳速度調至Om/min，鑄乳結束。
[0086]實施例4
[0087]采用實施例1的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置，進行鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳方法，包括如下步驟:
[0088]步驟I，配料熔煉:
[0089]鈦/鋁合金復合板坯中的鋁合金的成分為5052鋁合金，5052鋁合金標準成分(wt%)S1:0.25，Fe:0.4，Cu:0.1，Mn:0.1，Mg:2.5，Cr:0.25，余量為Al，稱取配料；當鋁液溫度750°C時，添加其他金屬元素，保溫120min;對熔體進行扒渣，將溶體溫度調至705°C，轉入靜置爐靜置60min后，對熔體除氣，熔煉制得鋁合金溶體；
[0090]步驟2，鈦帶表面處理:
[0091 ] (I)將厚度為0.2mm的TA2鈦帶，進行堿洗和酸洗，去除表面的油污和氧化皮；
[0092](2)將酸堿洗后的TA2鈦帶，打磨至表面粗超度為Ra2?4，進一步保證氧化皮的去除，同時增加鈦合金帶的接觸面積，有利于提高復合強度；
[0093]步驟3:鈦帶穿過乳棍區:
[0094]調整夾送裝置，給TA2鈦帶施加大小為80MPa的張力，使TA2鈦帶鈦帶與鑄乳輥表面同步運動，并穿過鑄嘴與上乳輥之間的縫隙時，暫停夾送裝置；
[0095]步驟4，鋁合金熔體輸送:
[0096]將5052鋁合金溶體，以690°C，輸送至前箱；
[0097]步驟5，鑄乳:
[0098]鋁合金溶體導入鑄嘴，流入鑄乳輥進行乳制，同時，使夾送裝置繼續工作;其中，鑄嘴開口度為15mm，鑄乳棍外徑為860mm，棍縫為8mm，鑄乳溫度為690°C，鑄乳速度為0.6m/min，冷卻水壓力設定在0.3Mpa，水溫設定為25°C。
[0099]步驟6，復合板坯強化:
[0100]開啟磁場強度為30mT的穩恒磁場發生裝置，將脈沖電流發生器的一端插入前箱的鋁合金熔液相，脈沖電流發生器另一端與鑄乳輥出口端的鈦/鋁合金復合板坯相連通，開啟脈沖電流發生器，控制脈沖頻率為30Hz，占空比為15 %，峰值電流密度在為0.3A/mm2，制得所需尺寸的鈦/鋁合金復合板坯時，停止澆注，并將鑄乳速度調至Om/min，鑄乳結束。
[0101]實施例5
[0102]采用實施例1的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置，進行鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳方法，包括如下步驟:
[0103]步驟I，配料熔煉:
[0104]根據鈦/鋁合金復合板坯中的鋁合金為1100鋁合金，按1100鋁合金的標準成分(wt % )Si+Fe: 0.95，Mn: 0.05，余量為Al，稱取配料；當鋁液溫度730°(:時，添加其他金屬元素，保溫60min;對熔體進行扒渣，將溶體溫度調至690°C，轉入靜置爐靜置60min后，對熔體除氣，熔煉制得鋁合金溶體；
[0105]步驟2，鈦帶表面處理:
[0106](I)將厚度為0.2mm的鈦帶，進行堿洗和酸洗，去除表面的油污和氧化皮；
[0107](2)將酸堿洗后的鈦帶，打磨至表面粗超度為Ra3，進一步保證氧化皮的去除，同時增加鈦合金帶的接觸面積，有利于提高復合強度；
[0108]步驟3:鈦帶穿過乳輥區:
[0109]調整夾送裝置，給鈦帶施加大小為80MPa的張力，使鈦帶與鑄乳輥表面同步運動，并穿過鑄嘴與上乳輥之間的縫隙時，暫停夾送裝置；
[0110]步驟4，鋁合金熔體輸送:
[0111]將鋁合金溶體，以在其液相線溫度以上700°C，輸送至前箱；
[0112]步驟5，鑄乳:
[0113]鋁合金溶體導入鑄嘴，流入鑄乳輥進行乳制，同時，使夾送裝置繼續工作;其中，鑄嘴開口度為1mm，鑄乳棍外徑為400mm，棍縫為4mm，鑄乳溫度為700 °C，鑄乳速度為0.8m/min，冷卻水壓力設定在0.2Mpa，水溫設定為20°C。
[0114]步驟6，復合板坯強化:
[0115]開啟磁場強度為20T的穩恒磁場發生裝置，將脈沖電流發生器的一端插入前箱的鋁合金熔液相，脈沖電流發生器另一端與鑄乳輥出口端的鈦/鋁合金復合板坯相連通，開啟脈沖電流發生器，控制脈沖頻率為20Hz，占空比為10 %，峰值電流密度在為0.lA/mm2，制得所需尺寸的鈦/鋁合金復合板坯時，停止澆注，并將鑄乳速度調至Om/min，鑄乳結束。
[0116]實施例6
[0117]采用實施例1的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置，進行鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳方法，包括如下步驟:
[0118]步驟I，配料熔煉:
[0119]根據鈦/鋁合金復合板坯中的鋁合金的為3003鋁合金，按3003鋁合金標準成分(￥七％)5丨:0.6，？6:0.7，(:11:0.05?0.20，]\111:1.0?1.5，余量為41，稱取配料；當鋁液溫度7500C時，添加其他金屬元素，保溫300min;對熔體進行扒渣，將溶體溫度調至25 V，轉入靜置爐靜置30min后，對熔體除氣，熔煉制得鋁合金溶體；
[0120]步驟2，鈦帶表面處理:
[0121 ] (I)將厚度為3mm的鈦帶，進行堿洗和酸洗，去除表面的油污和氧化皮；
[0122](2)將酸堿洗后的鈦帶，打磨至表面粗超度為Ra4，進一步保證氧化皮的去除，同時增加鈦合金帶的接觸面積，有利于提高復合強度；
[0123]步驟3:鈦帶穿過乳輥區:
[0124]調整夾送裝置，給鈦帶施加大小為10MPa的張力，使鈦帶與鑄乳輥表面同步運動，并穿過鑄嘴與上乳輥之間的縫隙時，暫停夾送裝置；
[0125]步驟4，鋁合金熔體輸送:
[0126]將鋁合金溶體，以在其液相線溫度以上680°C，輸送至前箱；
[0127]步驟5，鑄乳:
[0128]鋁合金溶體導入鑄嘴，流入鑄乳輥進行乳制，同時，使夾送裝置繼續工作;其中，鑄嘴開口度為12mm，鑄乳棍外徑為1030mm，棍縫為8mm，鑄乳溫度為680 °C，鑄乳速度為3m/min，冷卻水壓力設定在0.2Mpa，水溫設定為30°C。
[0129]步驟6，復合板坯強化:
[0130]開啟磁場強度為10mT的穩恒磁場發生裝置，將脈沖電流發生器的一端插入前箱的鋁合金熔液相，脈沖電流發生器另一端與鑄乳輥出口端的鈦/鋁合金復合板坯相連通，開啟脈沖電流發生器，控制脈沖頻率為10Hz，占空比為20%，峰值電流密度在為0.5A/mm2，制得所需尺寸的鈦/鋁合金復合板坯時，停止澆注，并將鑄乳速度調至Om/min，鑄乳結束。
【主權項】
1.一種鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置，其特征在于，包括前箱，鑄嘴，鑄乳輥，2個穩恒磁場發生裝置，脈沖電流發生器，鈦帶表面處理裝置和鈦帶夾送裝置； 所述的鑄嘴位于前箱下方，且鑄嘴的一端與前箱相連通，鑄嘴的另一端與鑄乳輥金屬熔體流入端相連通，鈦帶表面處理裝置的出口端與鈦帶夾送裝置的入口段相對應，鈦帶夾送裝置的出口端與鑄乳輥金屬熔體流入端相對應，穩恒磁場發生裝置設置在鑄乳輥外，且分別位于鑄乳輥金屬熔體流入端和鑄乳輥板坯出口端;脈沖電源發生器設置在鑄乳輥外，脈沖電流發生器的一端與前箱的鋁合金熔液相對應，脈沖電流發生器的另一端與鑄乳輥出口端的鈦/鋁合金復合板坯相對應。2.根據權利要求1所述的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置，其特征在于，所述的鑄乳輥，包括上乳輥和下乳輥，上乳輥和下乳輥呈上下對稱設置，輥內通冷卻水;上乳輥和下乳輥之間棍縫值為2?8mm，上乳棍和下乳棍外徑均為400?1030mm。3.根據權利要求1所述的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置，其特征在于，所述的穩恒磁場發生裝置，為直流磁場發生裝置，磁場強度為20?10mT，磁場的方向與鑄乳方向垂直。4.根據權利要求1所述的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置，其特征在于，所述的脈沖電流發生器，脈沖電源頻率為10?50Hz，峰值電流密度為0.1?0.5A/mm2，占空比為10?20%。5.采用權利要求1所述的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳裝置，進行鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I，配料熔煉: 根據鈦/鋁合金復合板坯中的鋁合金的成分，熔煉制得鋁合金溶體； 步驟2，鈦帶表面處理: 將鈦帶去除油污和氧化皮； 步驟3:鈦帶穿過乳棍區: 調整夾送裝置，給鈦帶施加大小為40?120MPa的張力，使鈦帶與鑄乳輥表面同步運動，并穿過鑄嘴與上乳輥之間的縫隙時，暫停夾送裝置； 步驟4，鋁合金熔體輸送: 將鋁合金溶體，以在其液相線溫度以上30?50°C，輸送至前箱； 步驟5，鑄乳: 鋁合金溶體導入鑄嘴，流入鑄乳輥進行乳制，同時，使夾送裝置繼續工作;其中，鑄嘴開口度為10?15mm，鑄乳輥外徑為400?1030mm，輥縫為4?6mm，鑄乳溫度為680?700 °C，鑄乳速度為0.6?3m/min，冷卻水壓力設定在0.2?0.4Mpa，水溫設定為20?30°C。 步驟6，復合板坯強化: 開啟磁場強度為20?10mT的穩恒磁場發生裝置，將脈沖電流發生器的一端插入前箱的鋁合金熔液相，脈沖電流發生器另一端與鑄乳輥出口端的鈦/鋁合金復合板坯相連通，開啟脈沖電流發生器，控制脈沖頻率為20?100Hz，占空比為10?20%，峰值電流密度在為0.1?0.5A/mm2，制得所需尺寸的鈦/招合金復合板還時，停止饒注，并將鑄乳速度調至Om/min，鑄乳結束。6.根據權利要求5所述的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳方法，其特征在于，所述的步驟I的操作為:根據鈦/鋁合金復合板坯中的鋁合金的成分，稱取配料；當鋁液溫度730?750°C時，添加其他金屬元素，保溫30?120min;對熔體進行扒渣，將溶體溫度調至690?725 °C轉入靜置爐靜置30?60min后，對熔體除氣。7.根據權利要求5所述的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳方法，其特征在于，所述的步驟2的操作為: (1)將鈦帶，進行堿洗和酸洗； (2)將酸堿洗后的鈦帶，打磨至表面粗超度為Ra2?4。8.根據權利要求5所述的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳方法，其特征在于，所述步驟3的鈦帶厚度為0.2?3mm。9.根據權利要求5所述的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳方法，其特征在于，所述的鑄乳方法制備的復合板還，鈦金屬層厚度為0.2?3mm，招合金層的厚度在3?7mm。10.根據權利要求5所述的鈦/鋁合金復合板坯的鑄乳方法，其特征在于，所述方法制備的鈦/鋁復合材料界面沒有化合物脆性層，結合強度為20?28N/mm。
【文檔編號】B22D11/12GK106077554SQ201610375297
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】許光明, 陳剛, 王昭東, 王國棟
【申請人】東北大學