[发明专利]一种钛/铝合金复合板坯的铸轧装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于铸轧设备技术领域，具体涉及一种钛/铝合金复合板坯的铸轧装置及其方法。

背景技术

随着科学技术的发展，特别是航空、航天、电子等尖端科技的发展，人们对材料的性能提出了越来越苛刻的要求，传统单一材料已经远远不能满足这些要求另外，由于资源储量和加工成本的问题，限制了某些金属材料的大量应用。钛合金和铝合金都是应用广泛的先进轻金属材料，特别是在航空航天领域，钛合金和铝合金起着减轻结构重量、降低能耗、提高装备性价比等作用。钛合金具有高的比强度、显著的抗冲击性能、优良的耐蚀性和热稳定性，但其生产成本高，价格昂贵；铝合金具有低密度、易成形、高的热导率和电导率，但耐蚀性和耐高温冲击性比较差。钛-铝复合材料在继承上述二者优点的同时，可以提供单一母材所不具备的综合性能，可满足现代工业轻质化、结构功能一体化和低成本设计要求，因此具有广阔的应用前景。

目前，钛-铝层状复合材料的常见生产方法主要有真空扩散焊接法，爆炸焊接法、轧制法等。在这些复合方法中钛-铝结合过程都属于固态-固态结合，具有界面热输入不足和控制难度大的缺点，而且结合界面很容易产生TiAl，TiAl₃和Ti₃Al等脆性金属间化合物，导致结合强度不高；

连续铸轧技术是用转动着的两根内部通水冷却的轧辊作为熔体结晶器，液态金属进入铸轧区以后与轧辊接触，在数秒钟时间内便完成凝固过程，紧接着已凝固的金属又会受到一定的轧制力的作用，得到组织性能和外观质量优良的金属板坯。钛-铝在固-液复合过程中的界面行为主要包括：铝合金熔体在钛带表面的接触、润湿、扩散反应、化合物的析出过程。采用铸轧法生产钛-铝复合板材过程中，由于铝合金基材处于液态，是一个固-液复合过程，钛-铝在铸轧区内的接触时间较短，通过控制铸轧区长度、浇注温度、铸轧速度等工艺参数来控制钛-铝界面的接触、润湿和扩散过程，使界面达到润湿而几乎不会产生金属间化合物层，保证复合板坯的结合强度。同时，铸轧复合法具有短流程、投入少、成本低等优点，与传统方法相比，具有明显优势和很大的工艺实现潜力。

另外，钛带表面的处理状态对复合强度有重要影响。金属钛属于比较活泼的金属，正常情况下其表面都会有一层金属氧化物薄膜。此薄膜在复合过程中阻碍原子之间的相互扩散。在铸轧复合过程中，当铝液与钛带表面接触时，由于铝元素活泼性强于钛元素，铝会和钛的氧化物产生置换反应从而将其去除掉。但由于铝钛间接触时间较短，不能将氧化物去除完全，将会阻碍冶金结合的形成。因此在铸轧复合之前，需要采取一定的处理方法去除钛带表面的油污和氧化层。

脉冲电磁场在熔体中会产生周期性浪涌作用，并在液态金属中形成了很大的对流以及对模壁强烈的冲击，阻碍凝固壳的提前形成，熔体的高温形核阶段将延长一定时间。由于钛-铝铸轧复合是一个固-液复合过程，施加脉冲电流引起的对钛带表面的强烈冲击作用将有助于表面氧化层的去除和铝液在钛带表面的润湿过程，促进钛铝的结合。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种钛/铝合金复合板坯的铸轧装置及其方法。该方法是一种运用铸轧法生产钛-铝复合带材的新方法，在传统水平式铸轧法的基础上，通过在铸嘴和轧辊表面缝隙间穿入钛带并将其紧密贴合于轧辊表面，然后将铝合金熔体浇入铸嘴，实现钛-铝间的固-液复合。

本发明的钛/铝合金复合板坯的铸轧装置，包括前箱，铸嘴，铸轧辊，2个稳恒磁场发生装置，脉冲电流发生器，钛带表面处理装置和钛带夹送装置；

所述的铸嘴位于前箱下方，且铸嘴的一端与前箱相连通，铸嘴的另一端与铸轧辊金属熔体流入端相连通，钛带表面处理装置的出口端与钛带夹送装置的入口段相对应，钛带夹送装置的出口端与铸轧辊金属熔体流入端相对应，稳恒磁场发生装置设置在铸轧辊外，且分别位于铸轧辊金属熔体流入端和铸轧辊板坯出口端；脉冲电源发生器设置在铸轧辊外，脉冲电流发生器的一端与前箱的铝合金熔液相对应，脉冲电流发生器的另一端与铸轧辊出口端的钛/铝合金复合板坯相对应。

所述的铸嘴即为浇注嘴。

所述的前箱，用来熔铸铝合金，浇注温度为680～710℃。

所述的钛带夹送装置施加张力大小为20～100MPa；保证钛带在送进铸嘴和上轧辊表面之间缝隙过程中能紧密贴合在上轧辊表面。