船体过渡接头、铝钢复合材料及其生产方法与流程

本发明属于船体过渡接头领域，具体地，涉及一种船体过渡接头、铝钢复合材料及其生产方法。
背景技术：
：铝的密度小，比强度高，塑性韧性好，导热和导电性好，而且耐蚀能力强。在大中型舰船以及具有特殊用途的船舶生产中，为了减轻船体的自重，往往将上层建筑或甲板室由钢制结构改为铝制结构，这样不仅可以减轻船体自身的重量，提高航速；而且能够降低船体的重心从而提高船的稳性。船舶铝合金上层建筑与钢主船体的主要连接型式为焊接，然而由于铝合金与钢之间有显著的物理特性差异，及两种金属之间的冶金不相容性，直接采用焊接方法难以实现两者的有效连接，即，要采用焊接方法实现铝合金上层建筑与钢质船体之间的连接，必须解决铝合金与钢之间异种金属焊接的难题。目前爆炸复合方法制成的铝合金～钢复合材料，为实现铝合金上层建筑与钢主船体的焊接提供了物质基础。然而，爆炸复合不仅会造成环境污染，而且生产效率低、难以实现大规模量产。此外，爆炸复合方法制作复合材料时，铝合金与钢板之间通常要增加一层薄工艺用板(该工艺用板可以是纯铝板或纯钛板)，在爆炸复合中，界面发生冶金反应，产生脆性金属间化合物。随着装药密度的增加，界面基体金属熔化量增加，生成的金属间化合物变得愈加连续，其厚度亦有微量增加，导致复合界面的剪切强度明显降低。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明首先提供了一种新的船体过渡接头用铝钢复合材料，所述铝钢复合材料由铝合金和钢材异温轧制复合而成，所述铝合金为3系铝合金或5系铝合金，所述铝钢复合材料的铝合金层和钢层之间没有金属间化合物。本发明还提供了一种生产上述铝钢复合材料的方法，其包括如下步骤：准备铝合金板和钢板；将所述铝合金板和所述钢板进行o态退火，然后去除所述铝合金板表面及所述钢板表面的油污，并对所述钢板进行打磨；对所述铝合金板和所述钢板进行异温轧制；将轧后的铝钢复合材料进行去应力退火。在本发明的一些实施例中，异温轧制时，所述铝合金板的轧制温度为300℃～400℃，所述钢板的轧制温度为100℃～200℃。在本发明的一些实施例中，异温轧制时，单道次轧制，轧制压下率为30％～40％。在本发明的一些实施例中，所述去应力退火的温度为280℃～320℃，保温时间0.5h～1.5h。在本发明的一些实施例中，所述铝合金板的厚度为7mm～10mm，所述钢板的厚度为3mm～5mm。本发明还提供了一种船体过渡接头，其原材料为上述铝钢复合材料。本发明提供的船体过渡接头用铝钢复合材料是由铝合金和钢材通过异温轧制复合而成，实现了钢层与铝合金层的直接结合。此外，该铝钢复合材料的钢层和铝合金层之间没有脆性金属间化合物，钢层和铝合金层具有优良的结合性能。此外，铝钢复合材料表面质量好、尺寸精度高，其生产过程比较环保，生产效率高，生产成本低。附图说明图1为本发明的一种生产船体过渡接头用铝钢复合材料的工艺流程图。图2为本发明实施例1制得的铝钢复合材料的铝合金层金相组织图。图3为本发明实施例1制得的铝钢复合材料的钢层金相组织图。图4为本发明实施例1制得的铝钢复合材料的界面图。图5为本发明实施例2制得的铝钢复合材料的铝合金层金相组织图。图6为本发明实施例2制得的铝钢复合材料的钢层金相组织图。图7为本发明实施例2制得的铝钢复合材料的界面图。图8为本发明实施例3制得的铝钢复合材料的铝合金层金相组织图。图9为本发明实施例3制得的铝钢复合材料的钢层金相组织图。图10为本发明实施例3制得的铝钢复合材料的界面图。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。本发明提供的船体过渡接头用铝钢复合材料是由铝合金和钢材通过异温轧制复合而成，实现了钢层与铝合金层的直接结合。此外，该铝钢复合材料的钢层和铝合金层之间没有脆性金属间化合物，钢层和铝合金层具有优良的结合性能，平均抗剪强度高于65mpa。本发明所用的铝合金为3系铝合金或5系铝合金。3系铝合金和5系铝合金均为非热处理强化合金，可作为焊接结构材料用，此外，其可焊性很好，抗蚀性特别是抗海水腐蚀性也很好。本发明所用的钢材不需要特别限定，只要是船用钢材即可。如图1所示，本发明提供的生产上述铝钢复合材料的方法，包括如下步骤：准备铝合金板和钢板；将铝合金板和钢板进行o态退火，然后去除铝合金板表面及钢板表面的油污，并对钢板进行打磨；对铝合金板和钢板进行异温轧制；将轧后的铝钢复合材料进行去应力退火。轧制复合生产的复合材料表面质量好、尺寸精度高，其生产过程比较环保，不会对环境造成污染。此外，轧制复合带材覆层的厚度调整空间大，装备及技术较为成熟，生产效率高，生产成本低，易实现铝钢复合材料的批量生产。铝合金板和钢板进行o态退火后，铝合金板和钢板的内部组织为等轴晶组织。由于铝和钢的力学性能差异较大，在异温轧制过程中，铝合金层与钢层间变形量存在较大差异，铝合金层在轧制过程中有很大的变形量，而钢层在轧制过程中除了界面处几乎没有变形。去应力退火后，铝合金层仍旧为变形组织，而钢层远离界面处为细小的等轴晶粒，因而该铝钢复合材料的钢层和铝合金层之间没有脆性金属间化合物，钢层和铝合金层具有优良的结合性能。异温轧制，即将铝合金板和钢板分别加热到不同温度，然后再进行复合轧制。在本发明优选的实施例中，异温轧制时，铝合金板的轧制温度为300℃～400℃，钢板的轧制温度为100℃～200℃。温度太低，铝合金板和钢板的界面结合强度差；温度太高，结合界面容易生成金属间化合物。在本发明优选的实施例中，所用的铝合金板的厚度为7mm～10mm，钢板的厚度为3mm～5mm。当然，在铝钢能复合的前提下，根据实际应用的需要，钢板和铝板的厚度可以按照实际需要任意调整。在本发明优选的实施例中，异温轧制时，单道次轧制，轧制压下率为30％～40％。此时，制得的铝钢复合材料的结合强度高。退火的温度和保温的时间并不需要特别限定，只要退火后能消除轧后的铝钢复合材料的应力即可。在本发明优选的实施例中，去应力退火的温度为280℃～320℃。退火温度太低，会影响铝钢复合材料的性能；退火温度太高，容易生成金属间化合物。在此温度下，合适的保温时间为保温时间0.5h～1.5h。将上述铝钢复合材料加工后，即可得到船体过渡接头。焊接时，过渡接头的铝合金层与船舶铝合金上层建筑进行焊接，过渡接头的钢层与钢主船体进行焊接。目前，船舶铝合金上层建筑大多选用5系铝合金，因此在焊接时是5系铝合金之间或5系铝合金与3系铝合金进行焊接，焊接的效果好。下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述
发明内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。下述实施例所用铝合金板的化学成分为表1～表3所示，所用钢板的化学成分如表4所示：表1实施例1所用铝合金板(5083)的化学成分元素sifeticumnmgzncral含量/％0.160.320.150.100.4～1.04.0～4.90.100.05～0.25余量表2实施例2所用铝合金板(3003)的化学成分元素sifeticumnzn其它al含量/％0.600.700.100.05～0.201.0～1.50.100.15余量表3实施例3所用铝合金板(5183)的化学成分元素sifeticumnmgzncral含量/％0.400.400.100.100.5～1.04.3～5.20.250.05～0.25余量表4实施例1～3所用钢板的化学成分元素csimnnialtacrps其它fe含量/％0.120.210.850.050.130.040.04＜0.001＜0.0010.15余量实施例1本实施例按照图1所示的工艺流程制备船体过渡接头用铝钢复合材料，具体过程如下：11)准备7mm的铝合金板和3mm的钢板。本实施例采用5083铝合金板(其化学成分请见表1)和表4所示的钢板。12)将铝合金板和钢板进行o态退火，然后去除铝合金板表面及钢板表面的油污，并对钢板进行打磨。13)将铝合金板加热至300℃，将钢板加热至100℃，然后进行轧制复合。单道次轧制，轧制压下率为30％。14)将轧后的铝钢复合材料进行去应力退火。退火温度为280℃，保温时间为1.5h。所得铝钢复合材料的平均抗剪强度为68mpa。图2为该铝钢复合材料的铝合金层金相组织图，图3为钢层金相组织图，图4为铝合金层和钢层的界面图。实施例2本实施例按照图1所示的工艺流程制备船体过渡接头用铝钢复合材料，具体过程如下：21)准备10mm的铝合金板和5mm的钢板。本实施例采用3003铝合金板(其化学成分请见表2)和表4所示的钢板。22)将铝合金板和钢板进行o态退火，然后去除铝合金板表面及钢板表面的油污，并对钢板进行打磨。23)将铝合金板加热至400℃，将钢板加热至200℃，然后进行轧制复合。单道次轧制，轧制压下率为35％。24)将轧后的铝钢复合材料进行去应力退火。退火温度为300℃，保温时间为1h。所得铝钢复合材料的平均抗剪强度为65mpa。图5为该铝钢复合材料的铝合金层金相组织图，图6为钢层金相组织图，图7为铝合金层和钢层的界面图。实施例3本实施例按照图1所示的工艺流程制备船体过渡接头用铝钢复合材料，具体过程如下：31)准备8mm的铝合金板和4mm的钢板。本实施例采用5183铝合金板(其化学成分请见表3)和表4所示的钢板。32)将铝合金板和钢板进行o态退火，然后去除铝合金板表面及钢板表面的油污，并对钢板进行打磨。33)将铝合金板加热至350℃，将钢板加热至150℃，然后进行轧制复合。单道次轧制，轧制压下率为40％。34)将轧后的铝钢复合材料进行去应力退火。退火温度为320℃，保温时间为0.5h。所得铝钢复合材料的平均抗剪强度为66mpa。图8为该铝钢复合材料的铝合金层金相组织图，图9为钢层金相组织图，图10为铝合金层和钢层的界面图。从图2、图5和图8可知，本发明提供的铝钢复合材料的铝合金层为变形组织。从图3、图6和图9可知，其钢层仍为等轴晶粒。从图4、图7和图10可知，铝合金层和钢层的结合界面无脆性金属间化合物；此外，铝合金层和钢层的结合界面存在变形，而远离界面处无变形。从上述实施例还可以看出，本发明提供的铝钢复合材料具有优良的结合性能，其平均抗剪强度高于65mpa。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。当前第1页12