不锈钢/铝/不锈钢复合板的性能研究与轧制工艺优化

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材料的复合化是材料科学发展的主要趋势之一,关于异种金属复合机理的研究也是材料连接领域的重要研究内容之一。用不锈钢和铝两种性能差异较大的金属复合而成的不锈钢/铝/不锈钢三层复合材料,不但结合了不锈钢的高强度、光亮、耐磨、耐腐蚀以及铝的比重小、易加工、价格低等特点,更为重要的是节约了铬、镍等稀缺资源,在医疗、化工、航空、民用等领域都有着十分广阔的应用前景。本文中采用了通过轧制复合的方法制备的不锈钢/铝/不锈钢复合板,运用扫描电子显微镜观测其复合界面的微观形貌,通过拉伸试验、杯突试验测试复合板的拉伸性能以及深冲性能,分析了轧前表面处理、轧前加热温度、轧制速度以及轧后扩散退火对复合板的力学性能和复合界面的影响。结果表明:采用先利用高压水雾去除不锈钢板和铝板待复合表面的尘埃等杂物,主传动钢刷辊进行打毛,再利用高压水雾喷嘴和尼龙刷辊进行清洗的表面处理方法,复合界面的微观形貌中两种金属相互嵌入现象明显,同时,抗拉强度、屈服强度以及伸长率都有一定程度的提高;在加热温度为430℃,轧制速度为7m/min,压下量为27%时,复合板的综合力学性能最佳,结合强度比较高;经过温度为400℃,保温时间为1.5h的轧后扩散退火处理的界面微观形貌中两种金属之间有明显的相互嵌合的现象,波浪较小且不规则,没有金属间化合物生成,结合比较紧密。另外,复合板在经过退火后,抗拉强度和屈服强度都有所下降,伸长率和杯突值虽有所提高但幅度不大。对按照最佳工艺路线试轧出的复合板及各层组元制备拉伸试样进行拉伸试验,测试其力学性能,结果表明复合板的抗拉强度和屈服强度相比于不锈钢层有所下降,但比纯铝层却有大幅上升;成形性能较不锈钢层和纯铝层都有所降低;在与轧制方向呈45°方向时,加工硬化程度最小,在冲压成形时更易于出现“凸耳”现象。最后运用DEFORM软件对不同压下量的轧制过程分别进行了有限元模拟验证,对等效应力场、等效应变场、界面结合强度进行了分析,对模拟结果分析得出压下量为27%时复合板结合界面的变形协调性最佳,结合强度也最高。
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