[发明专利]一种铜包钢复合材料连续半固态成形方法及装置

说明书

本发明公开一种铜包钢复合材料连续半固态成形方法及装置，属于半固态成形技术领域。本发明所述连续半固态成形方法通过改变复合材料成形方法，结构为内钢外铜，在铜的半固态温度区间成形，使铜钢结合更为紧密，提高了铜包钢复合材料的结合强度，同时又具有外韧内硬的特性，降低了复合材料的生产成本，最终获得高品质，低成本的铜包钢复合材料，使生产效率得到提高。

技术领域

本发明公开一种铜包钢复合材料连续半固态成形方法及装置，属于半固态成形技术领域。

背景技术

金属半固态成形技术最早是由美国麻省理工学院的Fleming教授提出的，金属的半固态成形是将金属加热到半固态温度区间，再进行近净成形的一种技术。它由于具有充型平稳、对模具的热冲击小、制件致密性高、成形力低等特点，在航空航天、轨道交通等领域有广阔应用前景。钢材强度，硬度，耐磨性较好，但韧性较差，对韧性要求较高的零件及工作环境难以达到使用要求，而铜虽然韧性较好，但是强度和硬度又相对较低。铜包钢复合材料兼有两种金属的特点，具有强度硬度高、韧性好、结构重量轻、能耗小和成本低等优点。

在铜包钢线的生产中，普遍采用机械包覆法和电镀法。机械包覆法的加工费用昂贵，铜带利用率低，且难以得到长尺寸的连续线材。电镀法难以获得厚镀层铜包钢线，特别是电镀液对环境有严重的污染。所以近年来铜钢复合材料发展迅速，如铜钢复合材料，钢包铜芯复合材料，一种铜/钢复合材料预置接头等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有包覆复合材料存在结合不紧密，硬度刚度较强而韧性较差，易脱落等问题，通过钢表面粗糙处理，铸态铜的半固态处理。

本发明的目的在于提出一种外韧内硬的铜包钢复合材料半固态成形方法，在铜包钢复合材料连续半固态成形过程中，铸态铜经过轧制，半固态等温处理，再流入具有保温作用的保温腔中，钢线材经过表面具有小滚花的两个轮毂后，表面进行了粗糙处理，经过保温腔的过程中，半固态铜浆料包覆在钢线材上，具体包括以下步骤：

（1）对铜合金铸态板材进行轧制，轧制后的铜合金铸态板材通过感应加热线圈加热，加热至890~980℃，进行保温5~30s，保温结束后半固态铜合金坯料流入保温腔中进行保温；感应加热能大幅缩短铜半固态处理时间，同时较大的变形能使半固态组织发生再结晶，表层铜晶粒得到细化，晶粒细化后使强度和塑性都有提高。

（2）钢线材开始送料，通过滚花轮毂时获得表面粗糙的钢线材，钢线材通过保温腔时半固态铜合金浆料包覆在钢线材表面，由于钢线材具有一定的线速度，同时钢线材与模具进料口的直径相同，保证了半固态铜合金浆料不会从进料口流出；铜钢包覆材料进入出料口时具有一定的倾斜角，铜合金半固态浆料在出料时也不会流出保温腔，最后铜钢包覆材料经过牵引轮，随后空冷至室温，获得铜包钢复合材料。

优选的，本发明步骤（1）中轧制的条件为: 冷轧，变形量为15%~20%。

优选的，本发明通过出料口对包覆材料外径进行限制，钢线材的直径为2~12mm，包覆以后铜包钢复合材料的直径为3~13mm。

优选的，本发明步骤（2）中牵引速度为2.5×10^-3m/s ~5×10^-3m/s。

本发明的另一目的在于提供所述铜包钢复合材料连续半固态成形方法所用装置，包括钢线材1、带滚花轮毂2、感应加热线圈3、轧制轮毂4、铜合金板材5、牵引轮毂6、保温腔外壳7，轧制轮毂4的正下方设有感应加热圈4，感应加热圈4的正下方为保温腔，保温腔外壳7的左侧设有带滚花轮毂2，另一侧设有牵引轮毂6。

优选的，本发明所述保温腔外壳7内部设有保温腔8，一侧设有多个进料口模具9,保温腔8顶部设有挡板10，挡板10中部设有出料口模具11，钢线材1从进料口模具9进入，从出料口模具11拉出，与水平方向呈30°~45°夹角。