孫 鵬

(洛陽有色金屬加工設計研究院，河南洛陽471039)

鋁合金釬焊復合板是將鋁合金釬料復合到一塊鋁合金板上，釬焊加熱時釬料熔化而鋁合金板不熔化，目前市場上的釬焊復合板主要采用的是4343/3003/4343鋁合金。釬焊復合材料具有單一金屬材料無可比擬的優(yōu)異的綜合性能，因而在不同領域得到廣泛應用，需求也在不斷增長。本文將介紹其冷軋復合的工藝方法及軋制力的計算結果。

1 鋁合金釬焊板冷軋復合工藝方法

目前，冷軋復合多采用“三步法”軋制，即表面處理→軋制復合→退火處理。冷軋復合時通常采取一個道次的大變形量軋制，其優(yōu)點是冷軋復合工藝流程短，能耗低，生產效率高;板帶材料寬度方向包覆層均勻，成材率高;投入資金少，風險低;可以避免金屬間脆性化合物的形成。目前，國內用冷軋復合方法生產鋁合金釬焊復合板的生產廠家還很少，此方向的市場潛力巨大，其生產設備布置見圖1。

圖1 Fig.1

2 鋁合金釬焊板冷軋復合工藝過程影響因素

冷軋復合工藝過程的三個主要工序表面處理、軋制復合和退火處理，同時也是影響鋁合金釬焊復合板性能的關鍵工藝因素。

2.1 表面處理

表面處理的目的是去除板材表面油污，形成硬化層，增大結合表面積，以提高復合板的界面結合強度，為物理接觸的形成階段創(chuàng)造條件。表面處理常用方法是機械法和化學法，而機械法中采用最多的是鋼刷打磨。本公司與某鋁業(yè)公司合作開發(fā)的 Φ850×1500mm鋁合金釬焊復合板冷復合機組就采用了鋼刷打磨的機械法。

2.2 冷軋復合

冷軋復合中，軋制加工率和軋制速度的合理配合是關鍵。針對不同材料，其臨界變形率ε不同，對于熱雙金屬而言ε≈60%;而銅鋁復合板ε≈37%。相關資料顯示，鋁合金釬焊復合板的冷軋加工率在50%時復合效果最佳，而且道次加工率對抗下垂性影響很大。軋制速度具有雙重作用，一方面速度高可以提高界面溫度，有利于組元金屬的復合;同時高軋制速度縮短了界面結合的有效時間，導致界面接觸時間不足，又不利于金屬間的復合。雖然低速復合有利于增加界面結合強度，但影響生產效率，本公司與某鋁業(yè)公司合作開發(fā)的Φ850×1500mm鋁合金釬焊復合板冷復合機組冷軋速度確定為5～10 m/min。

2.3 退火處理

軋制復合過程分為物理接觸、接觸表面的激活和擴散三個階段。軋制復合后的界面結合屬于機械物理結合，需要進行退火處理實現(xiàn)機械復合向冶金結合的轉變。這不僅可消除缺陷(界面空洞、氧化物夾雜)和內部殘余應力，在兩側形成一定深度的擴散層，還可增強界面的結合強度，提高板材成形性能。退火溫度和時間是復合板退火工藝的關鍵參數，本公司與某鋁業(yè)公司合作開發(fā)的Φ850×1500mm鋁合金釬焊復合板冷復合機組采用的退火溫度為360～400℃ ，保溫時間40～60min。

3 4343/3003/4343復合軋機帶材軋制力計算

3.1 材料室溫和高溫力學性能數據

3003合金(芯材)室溫下的屈服強度約為75～80MPa，50%加工率下加工硬化作用使其屈服強度增大至175 MPa左右。4343合金(皮材)的屈服強度略高于3003合金，在皮材和芯材原始層厚比約為1︰10的復合過程中，可忽略皮材的塑性變形，計算時按照芯材來計算。

3.2 軋制力及力矩計算

計算條件為，皮材(4343)0.6×1350 mm，芯材(3003)5.5×1350 mm，軋輥直徑 Ф850mm(兩輥)，室溫軋制，軋制變形率50%，軋制速度10m/min。

根據經驗公式計算過程及結果為:軋前厚度H=6.70mm，軋后厚度 h=3.35mm，平均厚度=H+h/2=5.03mm，絕對壓下量△h=3.35mm，道次加工率ε=△h/H=50%，軋輥半徑R=425mm，咬入弧長水平投影=37.73mm，軋件平均寬度B=1350mm，接觸面積水平投影F=B×l=50939.03mm2，變形區(qū)幾何形狀系數 φ==7.51，摩擦系數 μ =0.15，應力狀態(tài)系數1.77，軋前金屬屈服極限σs1=100MPa，軋后金屬屈服極限σs2=170MPa，平均屈服極限 σs=(σs1+2×σs2)/3=146.67MPa，平均張應力 σp=0MPa，平面變型抗力 K=1.15σs－σp=168.67MPa，平均單位壓力=nσ×K=298.55MPa，軋制力 P=×F=15207.84KN，力臂系數 x=0.42，軋制力矩 M=2P ×x×l=481.98KN·m。

經與某鋁業(yè)公司相關工藝人員探討，針對此次本公司與某鋁業(yè)公司合作開發(fā)的Ф850×1500mm鋁合金釬焊復合板冷復合機組最終確定軋制力為P=16000kN。這一主要力學參數的確定也為整個機組的設備設計提供了設計基礎。

4 結語

隨著對釬焊鋁合金復合加工工藝及裝備研究的深入，我公司對冷復合軋制設備的研究也將更加深入，國內冷復合軋制設備將會取得更長遠的發(fā)展。

［1］馬志新，胡捷，李德富等.層狀金屬復合板的研究和生產現(xiàn)狀［J］.稀有金屬，2003，27(6):799－803.

［2］林大超，史慶南.雙金屬軋制復合技術及其研究的進展［J］.云南冶金.1998，27(5):

［3］肖亞慶.鋁加工技術實用手冊［M］.冶金工業(yè)出版社.2004

［4］鄒家祥.軋鋼機械［M］.冶金工業(yè)出版社.2004