一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形设备及方法技术

本发明专利技术属于泡沫金属成形技术领域，具体涉及一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形设备及方法，其中设备包括熔体溜槽、熔体处理装置、供气装置、检测装置、铸轧装置和吹气装置，所述吹气装置设置于发泡容腔底部且位于铸轧装置正下方，吹气装置的内部气孔结构沿辊缝的宽度方向和/或长度方向呈梯度分布，持续向发泡容腔内部的预制金属熔体吹入气泡群；本发明专利技术中实体覆层成形过程、泡沫芯层发泡过程和复合界面结合过程同步进行，实体覆层宏观结构、复合界面微观结构和泡沫芯层细观结构能够通过结构参数和工艺参数进行合理控制，有利于宏观

【技术实现步骤摘要】
一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形设备及方法


[0001]本专利技术属于泡沫金属成形
，具体涉及一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形设备及方法。

技术介绍

[0002]泡沫金属夹芯材料通过特殊成形技术实现实体覆层和泡沫芯层间界面结合，典型产品有泡沫金属夹芯板与泡沫金属夹芯管，具有低密度、高比刚度、高比强度等特点，既能充分发挥泡沫金属自身优良功能特性，又能改善其强度低、难以连接等缺陷，是典型结构功能一体化的新型复合材料，能够满足极端服役环境的性能需求，具有极高研究价值和广泛应用前景。
[0003]目前，泡沫金属夹芯板制备工艺根据复合界面结合类型可以分为物理连接原理和冶金连接原理。物理连接原理是指通过胶粘复合法、螺栓连接法等技术实现实体覆层与泡沫芯层之间的物理结合，工艺简单但在实际应用中受到严重制约。胶粘复合法中粘接剂多为有机物，在高温及腐蚀条件下服役时粘接层易出现融化和变质，因此无法采用热加工处理，同时还面临服役老化问题。螺纹连接法中的贯穿孔不仅会影响力学性能，还会在服役过程中产生应力集中和腐蚀。冶金连接原理是指通过粉末冶金、焊接法、熔体发泡法等技术实现泡沫芯层与实体覆层之间的冶金结合。粉末冶金法是指将金属粉体与发泡剂粉末混匀，通过模具压制法、包套
‑
复合轧制法、粉末热压复合法等成形技术制备复合预制体，最后加热发泡获得泡沫金属夹芯材料，能够制备复杂构件，但是流程复杂且成材率低。焊接法分为钎焊法、搅拌摩擦焊接法、激光焊接法等，能够制备大尺寸产品，但是仅限于半成品的界面连接过程。熔体发泡法采用机械搅拌将增粘剂和发泡剂引入熔体，然后将其注入实体覆层，利用发泡剂原位分解产生气体来制备泡沫芯层并实现界面结合，目前最有希望实现一体化成型的方法，但是铸造过程中气泡上浮现象造成泡孔尺寸均匀性和分布均匀性控制难度较大，并且在连续成形方面具有较大挑战。
[0004]随着泡沫金属夹芯板的应用领域不断拓展，弯曲、冲击、疲劳、高温等极端服役环境对组元金属性能、界面结合性能以及二者周向均匀性提出了严苛要求，并且良好界面结合效果是相互作用的先决条件。目前，宽幅产品连续成形过程面临着界面结合强度低、泡孔结构不可控、性能均匀性差等突出问题。胶粘复合法、螺栓连接法、粉末冶金法、焊接法、熔体发泡法等成形技术促进了泡沫金属夹芯板的发展和应用，但在进一步提高生产效率和产品质量等方面面临严峻挑战。针对宽幅泡沫金属夹芯板面临的泡孔结构小型化、泡孔分布定制化、界面冶金结合、组织性能均匀等服役性能需求，发展形性可控的高效连续近终成形技术成为行业难点和国际研究热点。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述问题提供了一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形设备及方法。
[0006]为达到上述目的本专利技术采用了以下技术方案：
[0007]一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形设备，包括熔体溜槽、熔体处理装置、供气装置、检测装置、铸轧装置和吹气装置，
[0008]所述熔体溜槽的内腔密闭且外壁埋有加热装置，用于进行控温，所述熔体溜槽包括浇注容腔、连通容腔与发泡容腔，所述熔体处理装置和检测装置设置于浇注容腔上方，所述熔体处理装置用于制备预制金属熔体，并通过密封接口向浇注容腔内部浇注预制金属熔体，所述检测装置用于检测浇注容腔内部预制金属熔体的液位高度并反馈调整熔体处理装置的浇注流量，实现浇注容腔的液位高度恒定；
[0009]所述铸轧装置包括传动系统、压下系统、主机架、铸轧辊系和仿形侧封，所述铸轧辊系设置于主机架内部，包括两套孔型铸轧辊和轴承座，所述孔型铸轧辊内部通有循环冷却水且表面设有渐变孔型，在所述孔型铸轧辊的表面涂有厚度分布规律相同的隔热涂层，所述隔热涂层用于以凝固点高度为目标控制孔型铸轧辊沿其轴线方向的冷却能力均匀性，所述传动系统用于带动孔型铸轧辊旋转，所述压下系统用于控制孔型铸轧辊之间的相对位置，从而达到控制辊缝的目的，两个所述孔型铸轧辊共同组成渐变截面辊缝，并与位于下方的吹气容腔和位于两端的仿形侧封共同围成铸轧区，在所述孔型铸轧辊与吹气容腔之间留有尺寸可调整的弧形间隙；
[0010]所述供气装置向吹气装置提供压缩气体，所述吹气装置设置于发泡容腔底部且位于铸轧装置正下方，吹气装置的内部气孔结构沿辊缝的宽度方向和/或长度方向呈梯度分布，持续向发泡容腔内部的预制金属熔体吹入气泡群，形成含有梯度分布气泡群的预制金属熔体，含有梯度分布气泡群的预制金属熔体经过铸轧区时同时受到铸轧辊的快速凝固与轧制变形作用，形成具有梯度纤维状孔洞的空间梯度结构泡沫金属板。
[0011]进一步，还包括增压装置，所述供气装置提供的压缩气体经过所述增压装置后通过密封接口进入浇注容腔的上部，并向浇注容腔内部的预制金属熔体施加向下的挤压压力，所述检测装置还可用于检测浇注容腔内的挤压压力，从而反馈调整增压装置的输出压力，实现浇注容腔的挤压压力恒定。
[0012]再进一步，还包括整流装置，所述整流装置设置于发泡容腔底部且位于铸轧装置的正下方，所述吹气装置位于整流装置内部，且整流装置在沿孔型铸轧辊的轴线开设两侧流道，预制金属熔体通过两侧流道进入整流装置内部，吹气装置吹气后形成含有梯度气泡群的预制金属熔体，整流装置的外壁与发泡容腔的内壁之间留有不含梯度气泡群的预制金属熔体流通间隙，并且整流装置的顶部不低于发泡容腔的顶部且与孔型铸轧辊之间留有弧形间隙，所述吹气装置和整流装置的形状与渐变截面辊缝的形状相同。
[0013]更进一步，还包括开卷装置，所述开卷装置有两个，安装在铸轧装置的上方，且对称设置于渐变截面辊缝两侧，分别用于不同带材的恒张力开卷，带材经过开卷装置开卷后，分别紧贴相邻的孔型铸轧辊绕半周，然后穿过孔型铸轧辊与吹气容腔之间的弧形间隙，进入铸轧区，随后经过渐变截面辊缝离开，完成与预制金属熔体的轧制复合。
[0014]一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形方法，包括以下步骤：
[0015]S1；预制金属熔体：向熔体处理装置中加入纯金属或合金原料，加热至温度T1熔化并保温，加入颗粒或粉末对液态金属熔体进行增黏处理，然后随炉降温至温度T2并保温，制备出满足发泡稳定性要求的预制金属熔体；
[0016]S2；调整安装尺寸：调整铸轧辊系位置，设定渐变截面辊缝尺寸H0，调整孔型铸轧
辊与发泡容腔之间的弧形间隙为0mm，铸轧辊系、仿形侧封与发泡容腔共同围成铸轧区；
[0017]S3；稳定均匀浇注：开启供气装置产生压缩气体，预热熔体溜槽至温度T3，通过熔体处理装置向浇注容腔中浇注预制金属熔体，流经连通容腔后进入发泡容腔，利用检测装置对浇注容腔内部的液位高度进行检测，反馈调整熔体处理装置的浇注流量，实现液位高度恒定；
[0018]S4；持续动态浇注：启动铸轧装置，压缩气体经过吹气装置的微米或纳米级内部孔隙后，进入预制金属熔体中形成梯度气泡群，随后逐渐上升，进入铸轧辊系、仿形侧封与发泡容腔共同围成的铸轧区；
[0019]S5；连续铸轧成形：含有梯度气泡群的预制金属熔体在铸轧区内同时受到孔型铸轧辊的快速凝固与轧制变形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形设备，其特征在于：包括熔体溜槽(1)、熔体处理装置(2)、供气装置(3)、检测装置(5)、铸轧装置(6)和吹气装置(7)，所述熔体溜槽(1)的内腔密闭且外壁埋有加热装置，用于进行控温，所述熔体溜槽(1)包括浇注容腔(101)、连通容腔(102)与发泡容腔(103)，所述熔体处理装置(2)和检测装置(5)设置于浇注容腔(101)上方，所述熔体处理装置(2)用于制备预制金属熔体，并通过密封接口向浇注容腔(101)内部浇注预制金属熔体，所述检测装置(5)用于检测浇注容腔(101)内部预制金属熔体的液位高度并反馈调整熔体处理装置(2)的浇注流量，实现浇注容腔(101)的液位高度恒定；所述铸轧装置(6)包括传动系统(601)、压下系统(602)、主机架(603)、铸轧辊系(604)和仿形侧封(605)，所述铸轧辊系(604)设置于主机架(603)内部，包括两套孔型铸轧辊(6041)和轴承座(6042)，所述孔型铸轧辊(6041)内部通有循环冷却水且表面设有渐变孔型，在所述孔型铸轧辊(6041)的表面涂有厚度分布规律相同的隔热涂层，所述隔热涂层用于以凝固点高度为目标控制孔型铸轧辊(6041)沿其轴线方向的冷却能力均匀性，所述传动系统(601)用于带动孔型铸轧辊(6041)旋转，所述压下系统(602)用于控制孔型铸轧辊(6041)之间的相对位置，从而达到控制辊缝的目的，两个所述孔型铸轧辊(6041)共同组成渐变截面辊缝，并与位于下方的吹气容腔(303)和位于两端的仿形侧封(605)共同围成铸轧区，在所述孔型铸轧辊(6041)与吹气容腔(303)之间留有尺寸可调整的弧形间隙；所述供气装置(3)向吹气装置(7)提供压缩气体，所述吹气装置(7)设置于发泡容腔(103)底部且位于铸轧装置(6)正下方，吹气装置(7)的内部气孔结构沿辊缝的宽度方向和/或长度方向呈梯度分布，持续向发泡容腔(103)内部的预制金属熔体吹入气泡群，形成含有梯度分布气泡群的预制金属熔体，含有梯度分布气泡群的预制金属熔体经过铸轧区时同时受到铸轧辊的快速凝固与轧制变形作用，形成具有梯度纤维状孔洞的空间梯度结构泡沫金属板。2.根据权利要求1所述的一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形设备，其特征在于：还包括增压装置(4)，所述供气装置(3)提供的压缩气体经过所述增压装置(4)后通过密封接口进入浇注容腔(101)的上部，并向浇注容腔(101)内部的预制金属熔体施加向下的挤压压力，所述检测装置(5)还可用于检测浇注容腔(101)内的挤压压力，从而反馈调整增压装置(4)的输出压力，实现浇注容腔(101)的挤压压力恒定。3.根据权利要求2所述的一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形设备，其特征在于：还包括整流装置(8)，所述整流装置(8)设置于发泡容腔(103)底部且位于铸轧装置(6)的正下方，所述吹气装置(7)位于整流装置(8)内部，且整流装置(8)在沿孔型铸轧辊(6041)的轴线开设两侧流道(801)，预制金属熔体通过两侧流道(801)进入整流装置(8)内部，吹气装置(7)吹气后形成含有梯度气泡群的预制金属熔体，整流装置(8)的外壁与发泡容腔(103)的内壁之间留有不含梯度气泡群的预制金属熔体流通间隙，并且整流装置(8)的顶部不低于发泡容腔(103)的顶部且与孔型铸轧辊(6041)之间留有弧形间隙，所述吹气装置(7)和整流装置(8)的形状与渐变截面辊缝的形状相同。4.根据权利要求3所述的一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形设备，其特征在于：还包括开卷装置(9)，所述开卷装置(9)有两个，安装在铸轧装置(6)的上方，且对称设置于渐变截面辊缝两侧，分别用于不同带材的恒张力开卷，带材经过开卷装置(9)开卷后，分别紧
贴相邻的孔型铸轧辊(6041)绕半周，然后穿过孔型铸轧辊(6041)与吹气容腔(303)之间的弧形间隙，进入铸轧区，随后经过渐变截面辊缝离开，完成与预制金属熔体的轧制复合。5.利用权利要求1所述成形设备的一种形性可控泡沫金属板连续铸轧成形方法，其特征在于：包括以下步骤：S1；预制金属熔体：向熔体处理装置(2)中加入纯金属或合金原料，加热至温度T1熔化并保温，加入颗粒或粉末对液态金属熔体进行增黏处理，然后随炉降温至温度T2并保温，制备出满足发泡稳定性要求的预制金属熔体；S2；调整安装尺寸：调整铸轧辊系(604)位置，设定渐变截面辊缝尺寸H0，调整孔型铸轧辊(6041)与发泡容腔(103)之间的弧形间隙为0mm，铸轧辊系(604)、仿形侧封(605)与发泡容腔(103)共同围成铸轧区；S3；稳定均匀浇注：开启供气装置(3)产生压缩气体，预热熔体溜槽(1)至温度T3，通过熔体处理装置(2)向浇注容腔(101)中浇注预制金属熔体，流经连通容腔(102)后进入发泡容腔(103)，利用检测装置(5)对浇注容腔(101)内部的液位高度进行检测，反馈调整熔体处理装置(2)的浇注流量，实现液位高度恒定；S4；持续动态浇注：启动铸轧装置(6)，压缩气体经过吹气装置(7)的微米或纳米级内部孔隙后，进入预制金属熔体中形成梯度气泡群，随后逐渐上升，进入铸轧辊系(604)、仿形侧封(605)与发泡容腔(103)共同围成的铸轧区；S5；连续铸轧成形：含有梯度气泡群的预制金属熔体在铸轧区内同时受到孔型铸轧辊(6041)的快速凝固与轧制变形作用，铸轧区内凝固区与轧制区的分界线最高...

【专利技术属性】
技术研发人员：季策，王涛，黄华贵，黄庆学，
申请(专利权)人：季策，
类型：发明
国别省市：