冷軋雙金屬復合材料強度試驗方法研究

郝文義，郝文成，魏華奎，張 良

（河北燕趙藍天板業集團有限公司，河北 衡水 053500）

當前產品的工作環境逐漸向著高溫、高壓和強烈化學物質作用等方向發展，尤其是在航空航天以及工業生產領域當中，為實現其更好的發展，針對各類產品、設備等的應用性能都提出了更高、更加嚴格的要求[1]。因此，在這樣的市場需求下，雙金屬復合材料憑借其在應用中耐高溫、耐高壓、價格低廉等優勢，逐漸受到眾多行業領域的關注，并且具有十分廣闊的應用前景。金屬復合材料是通過特定工藝技術，實現兩種或多種不同金屬材質的融合[2]。融合后的材料具備了組成其復合形式所采用的金屬的全部優勢，屬于通過人工設計的方法制作而成的新型材料，與天然復合材料之間存在明顯差異。當前金屬復合材料更多地被引入到航空航天、汽車、武器裝備等對結構件具有較高性能要求的行業當中。但由于當前我國無論是對金屬復合材料的生產還是應用的起步時間均較發達國家相比更晚，因此，相關工藝技術不完善，并且產量較低、設備不符合生產要求[3]。冷軋工藝是雙金屬復合材料生產過程中最常見的一種工藝，為提高該工藝的生產質量，本文針對該工藝下雙金屬復合材料的強度進行試驗研究。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗對象

本文試驗以某雙金屬復合材料生產公司作為依托，所有試驗過程中使用的雙金屬復合材料均有該公司直接提供。試驗中采用傳統冷軋工藝，完成對試件的生產。對試件表面進行處理，確保試件始終保持潔凈的表面[4]。為確保試驗結果的客觀性，選擇兩種不同金屬材料組成的雙金屬復合材料，并對其分別標號為JS-1和JS-2，兩種雙金屬復合材料均采用相同的冷軋工藝。同時，兩組試件的規格均為50mm×50mm。為了確保試驗過程中構建不會受到外界因素影響，需要在試件表面涂抹樹脂材料。

1.2 試驗材料與設備選擇

試驗過程中主要需要的材料包括金屬帶，采用工業級純金屬材料制成，其規格為65mm×50mm，厚度選用0.86mm和0.75mm，兩種厚度。表1為該金屬帶當中的主要成分對照表。

表1 金屬帶主要成分對照表

除此之外，試驗過程中還需要不銹鋼材料，本文選用19-80不銹鋼，其鋼號為OCrl1548-5920。不銹鋼材料的寬度為95mm，同樣選擇兩種不同厚度，分別為1.26mm和0.86mm。該不銹鋼材料當中含有C、Si、Mn等眾多元素。為保證試驗過程中，試件的潔凈度，還需要在試驗中引入金屬清潔劑，其主要成分包括氫氧化鈉溶液、鹽酸和丙酮。

試驗過程中需要用到的設備包括除油箱、金屬表面打磨設備以及軋機。針對本文試驗目的要求，選用SID6198-650型號除油箱，該型號除油箱為不銹鋼材質，濾芯方式為折疊濾芯，工作溫度在75℃～95℃范圍以內，最大工作壓差為1.86MPa，過濾精度為100μm。試驗過程中選用的軋機為冷軋工藝軋機，型號為JSE-6640，該軋機的軋輥直徑為120mm，軋輥長度為2.5mm，軋輥轉速為25.8rpm，可允許最大軋制力為30噸[5]。在完成對金屬復合材料的制作后，還需喲進行熱處理退火，因此還需要SX-195-59620型號電阻式加熱爐。運行過程中，電阻式加熱爐的額定功率為5.5kW，額定電壓為220V，額定溫度為1100℃。

1.3 試驗方法

將總壓下率作為變量，在確保其他條件均完全相同的情況下，通過改變冷軋過程中總壓下率，對本文上述制作的JS-1和JS-2兩組雙金屬復合材料構件進行測試。在冷軋過程中，將其他工藝參數均控制在合理范圍以內，并確保外界環境不會對試件的加工和生產造成影響的前提條件下，將總壓下率從26%開始，逐步提升，并達到42%時為止。對這一過程中，利用金屬剪切強度測量設備對試件的剪切強度進行測量。

2 試驗結果分析

根據上述內容完成試驗，并將試驗結果進行記錄，對JS-1和JS-2兩組雙金屬復合材料試件的總壓下率與剪切強度對應關系曲線繪制成如圖1所示。

圖1 兩組試件總壓下率與剪切強度曲線關系圖

通過上述試驗，得出如圖1所示結果，JS-1和JS-2兩組雙金屬復合材料試件的剪切強度與總壓下率之間的關系曲線整體趨勢相同，JS-1試件的剪切強度始終高于JS-2試件。在總壓下率為42%時，JS-1試件剪切強度可達34.24MPa，JS-2試件剪切強度可達31.25MPa。

3 試驗結論討論

本文通過開展上述試驗研究，針對冷軋雙金屬復合材料的強度進行試驗，通過試驗及試驗結果得出，雙金屬復合材料的剪切強度會隨著總壓下率的增加而增加。在實際冷軋工藝當中，通過提高總壓下率的方式，能夠有效提高冷軋雙金屬復合材料的剪切強度，進而提高該材料的性能。同時，在試驗過程中，當總壓下率為42%時繼續提升，S-1和JS-2兩組雙金屬復合材料試件的剪切強度增漲趨勢逐漸趨于平緩，同時過高的總壓效率對于生產設備也會造成一定的影響，使其出現損傷問題。因此，結合實際冷軋工藝，最合理的總壓下率應當控制在40%～42%范圍以內，此時雙金屬復合材料的強度性能最優。

4 結語

本文通過開展冷軋雙金屬復合材料強度試驗方法研究，針對不同總壓下率條件下，JS-1和JS-2兩組雙金屬復合材料試件的剪切強度進行測試，同時試驗得出，總壓下率與試件的剪切強度有一定比例關系。隨著總壓下率的增加，試件剪切強度不斷提升，當總壓下率達到42%時，試件性能最優，冷軋工藝效益最佳。由于研究時間有限，本文僅針對總壓下率一種變量條件對雙金屬復合材料的強度進行研究，但影響其強度的因素還包括退火溫度、打磨方式以及金屬清洗方法等。因此，為實現冷軋雙金屬復合材料生產加工工藝實現最大效益，在后續研究中還將針對影響該材料強度的其他條件分別進行試驗研究。