郝文義，郝文成，魏華奎，張 良

（河北燕趙藍(lán)天板業(yè)集團(tuán)有限公司，河北 衡水 053500）

當(dāng)前產(chǎn)品的工作環(huán)境逐漸向著高溫、高壓和強(qiáng)烈化學(xué)物質(zhì)作用等方向發(fā)展，尤其是在航空航天以及工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中，為實(shí)現(xiàn)其更好的發(fā)展，針對(duì)各類(lèi)產(chǎn)品、設(shè)備等的應(yīng)用性能都提出了更高、更加嚴(yán)格的要求[1]。因此，在這樣的市場(chǎng)需求下，雙金屬?gòu)?fù)合材料憑借其在應(yīng)用中耐高溫、耐高壓、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，逐漸受到眾多行業(yè)領(lǐng)域的關(guān)注，并且具有十分廣闊的應(yīng)用前景。金屬?gòu)?fù)合材料是通過(guò)特定工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)兩種或多種不同金屬材質(zhì)的融合[2]。融合后的材料具備了組成其復(fù)合形式所采用的金屬的全部?jī)?yōu)勢(shì)，屬于通過(guò)人工設(shè)計(jì)的方法制作而成的新型材料，與天然復(fù)合材料之間存在明顯差異。當(dāng)前金屬?gòu)?fù)合材料更多地被引入到航空航天、汽車(chē)、武器裝備等對(duì)結(jié)構(gòu)件具有較高性能要求的行業(yè)當(dāng)中。但由于當(dāng)前我國(guó)無(wú)論是對(duì)金屬?gòu)?fù)合材料的生產(chǎn)還是應(yīng)用的起步時(shí)間均較發(fā)達(dá)國(guó)家相比更晚，因此，相關(guān)工藝技術(shù)不完善，并且產(chǎn)量較低、設(shè)備不符合生產(chǎn)要求[3]。冷軋工藝是雙金屬?gòu)?fù)合材料生產(chǎn)過(guò)程中最常見(jiàn)的一種工藝，為提高該工藝的生產(chǎn)質(zhì)量，本文針對(duì)該工藝下雙金屬?gòu)?fù)合材料的強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)對(duì)象

本文試驗(yàn)以某雙金屬?gòu)?fù)合材料生產(chǎn)公司作為依托，所有試驗(yàn)過(guò)程中使用的雙金屬?gòu)?fù)合材料均有該公司直接提供。試驗(yàn)中采用傳統(tǒng)冷軋工藝，完成對(duì)試件的生產(chǎn)。對(duì)試件表面進(jìn)行處理，確保試件始終保持潔凈的表面[4]。為確保試驗(yàn)結(jié)果的客觀性，選擇兩種不同金屬材料組成的雙金屬?gòu)?fù)合材料，并對(duì)其分別標(biāo)號(hào)為JS-1和JS-2，兩種雙金屬?gòu)?fù)合材料均采用相同的冷軋工藝。同時(shí)，兩組試件的規(guī)格均為50mm×50mm。為了確保試驗(yàn)過(guò)程中構(gòu)建不會(huì)受到外界因素影響，需要在試件表面涂抹樹(shù)脂材料。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)備選擇

試驗(yàn)過(guò)程中主要需要的材料包括金屬帶，采用工業(yè)級(jí)純金屬材料制成，其規(guī)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(dāng)中的主要成分對(duì)照表。

表1 金屬帶主要成分對(duì)照表

除此之外，試驗(yàn)過(guò)程中還需要不銹鋼材料，本文選用19-80不銹鋼，其鋼號(hào)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(dāng)中含有C、Si、Mn等眾多元素。為保證試驗(yàn)過(guò)程中，試件的潔凈度，還需要在試驗(yàn)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(yàn)過(guò)程中需要用到的設(shè)備包括除油箱、金屬表面打磨設(shè)備以及軋機(jī)。針對(duì)本文試驗(yàn)?zāi)康囊螅x用SID6198-650型號(hào)除油箱，該型號(hào)除油箱為不銹鋼材質(zhì)，濾芯方式為折疊濾芯，工作溫度在75℃～95℃范圍以內(nèi)，最大工作壓差為1.86MPa，過(guò)濾精度為100μm。試驗(yàn)過(guò)程中選用的軋機(jī)為冷軋工藝軋機(jī)，型號(hào)為JSE-6640，該軋機(jī)的軋輥直徑為120mm，軋輥長(zhǎng)度為2.5mm，軋輥轉(zhuǎn)速為25.8rpm，可允許最大軋制力為30噸[5]。在完成對(duì)金屬?gòu)?fù)合材料的制作后，還需喲進(jìn)行熱處理退火，因此還需要SX-195-59620型號(hào)電阻式加熱爐。運(yùn)行過(guò)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(yàn)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(guò)改變冷軋過(guò)程中總壓下率，對(duì)本文上述制作的JS-1和JS-2兩組雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件進(jìn)行測(cè)試。在冷軋過(guò)程中，將其他工藝參數(shù)均控制在合理范圍以內(nèi)，并確保外界環(huán)境不會(huì)對(duì)試件的加工和生產(chǎn)造成影響的前提條件下，將總壓下率從26%開(kāi)始，逐步提升，并達(dá)到42%時(shí)為止。對(duì)這一過(guò)程中，利用金屬剪切強(qiáng)度測(cè)量設(shè)備對(duì)試件的剪切強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)上述內(nèi)容完成試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行記錄，對(duì)JS-1和JS-2兩組雙金屬?gòu)?fù)合材料試件的總壓下率與剪切強(qiáng)度對(duì)應(yīng)關(guān)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(qiáng)度曲線關(guān)系圖

通過(guò)上述試驗(yàn)，得出如圖1所示結(jié)果，JS-1和JS-2兩組雙金屬?gòu)?fù)合材料試件的剪切強(qiáng)度與總壓下率之間的關(guān)系曲線整體趨勢(shì)相同，JS-1試件的剪切強(qiáng)度始終高于JS-2試件。在總壓下率為42%時(shí)，JS-1試件剪切強(qiáng)度可達(dá)34.24MPa，JS-2試件剪切強(qiáng)度可達(dá)31.25MPa。

3 試驗(yàn)結(jié)論討論

本文通過(guò)開(kāi)展上述試驗(yàn)研究，針對(duì)冷軋雙金屬?gòu)?fù)合材料的強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果得出，雙金屬?gòu)?fù)合材料的剪切強(qiáng)度會(huì)隨著總壓下率的增加而增加。在實(shí)際冷軋工藝當(dāng)中，通過(guò)提高總壓下率的方式，能夠有效提高冷軋雙金屬?gòu)?fù)合材料的剪切強(qiáng)度，進(jìn)而提高該材料的性能。同時(shí)，在試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)總壓下率為42%時(shí)繼續(xù)提升，S-1和JS-2兩組雙金屬?gòu)?fù)合材料試件的剪切強(qiáng)度增漲趨勢(shì)逐漸趨于平緩，同時(shí)過(guò)高的總壓效率對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備也會(huì)造成一定的影響，使其出現(xiàn)損傷問(wèn)題。因此，結(jié)合實(shí)際冷軋工藝，最合理的總壓下率應(yīng)當(dāng)控制在40%～42%范圍以內(nèi)，此時(shí)雙金屬?gòu)?fù)合材料的強(qiáng)度性能最優(yōu)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)開(kāi)展冷軋雙金屬?gòu)?fù)合材料強(qiáng)度試驗(yàn)方法研究，針對(duì)不同總壓下率條件下，JS-1和JS-2兩組雙金屬?gòu)?fù)合材料試件的剪切強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)試驗(yàn)得出，總壓下率與試件的剪切強(qiáng)度有一定比例關(guān)系。隨著總壓下率的增加，試件剪切強(qiáng)度不斷提升，當(dāng)總壓下率達(dá)到42%時(shí)，試件性能最優(yōu)，冷軋工藝效益最佳。由于研究時(shí)間有限，本文僅針對(duì)總壓下率一種變量條件對(duì)雙金屬?gòu)?fù)合材料的強(qiáng)度進(jìn)行研究，但影響其強(qiáng)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(shí)現(xiàn)冷軋雙金屬?gòu)?fù)合材料生產(chǎn)加工工藝實(shí)現(xiàn)最大效益，在后續(xù)研究中還將針對(duì)影響該材料強(qiáng)度的其他條件分別進(jìn)行試驗(yàn)研究。