浅析不锈钢/铝(合金)/不锈钢多层复合板的冲压成型

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【摘要】本文将对不锈钢/铝（合金）/不锈钢多层复合板的成型性能参数进行实验，并对其结果进行分析与研究，表明该复合材料的冲压成型受发散退火温度以及轧制复合变形量的影响，实验表明五层复合材料的冲压成型性能比三层的好，是一种良好的冲压成型材料。

【关键词】不锈钢铝合金；不锈钢多层复合板；冲压成型

前言

不锈钢/铝（合金）/不锈钢多层复合板材料，通常是利用轧制复合技术达到铝与不锈钢两者的融合，之后的工艺则是运用冲压的方式帮助其成型，所以对不锈钢/铝（合金）/不锈钢多层复合板材料的成型进行有效的研究是非常有必要的[1]。

1.实验方法

1.1材料与设备

本次实验所需的材料为不锈钢/铝（合金）/不锈钢多层复合板的毛坯材料，其尺寸为不锈钢0.3×200×500的314不锈钢板、3×200×500的3003铝合金板、0.5×200×500的1050纯铝板。

主要的设备为二辊轧机（d360×400）、电子万能实验机以及电阻炉。

1.2实验参数

实验参数为：（1）二辊轧机的轧制温度在500摄氏度，温度保持半小时；（2）二辊轧机的运行速度为每分钟2米，在轧制之后整体厚度是2.8mm；（3）500摄氏度的发散退火温度，并且维持1小时的温度。

1.3性能判定

在电子万能实验机中，能够检测出材料的厚度异性系数（γ）、综合的力学性能以及应变强化指数（n）。本次使用的实验办法通常是依据国际标准中的GB5027-85、GB6397-86以及GB5028-85等展开的。进行实验的样品尺寸是12.5×2.8×210，一般的拉伸速度则为每分钟2毫米，在20%的应延伸率时，其测量结果为厚度异性系数的值，即γ值。

2.实验结果

不锈钢/铝/不锈钢多层复合板才材料的γ、γ、n以及综合力学性能具体情况为：

（1）三层复合板在0°方向时，屈服强度为200.8MPa，抗拉强度为263.5MPa，延伸率为25.1%，屈强比为0.76；在45°方向时，屈服强度为196.2MPa，抗拉强度为251.2MPa，延伸率为29.1%，屈强比为0.78；平均方向时，屈服强度为200.1MPa，抗拉强度为258.7MPa，延伸率为58.3%，屈强比为0.77。五层复合板在0°方向时，屈服强度为180.7MPa，抗拉强度为240.1MPa，延伸率为35.3%，屈强比为0.75；在45°方向时，屈服强度为184.6MPa，抗拉强度为243.5MPa，延伸率为33.4%，屈强比为0.76；平均方向时，屈服强度为181.4MPa，抗拉强度为240MPa，延伸率为36%，屈强比为0.75。

（2）三层复合板在没有退火时，0°方向上的各项厚度γ20为0.634，各项应变强化指数n为0.145，45°方向的各项厚度γ20为1.247，各项应变强化指数n为0.141，而其平均厚度异性差数γ为1.037，平均应变强化指数n为-0.435，凹耳系数γ为0.146；五层复合板在没有退火时，0°方向上的各项厚度γ20为0.763，各项应变强化指数n为0.163，45°方向的各项厚度γ20为1.262，各项应变强化指数n为0.151，而其平均厚度异性差数γ为1.194，平均应变强化指数n为-0.131，凹耳系数γ为0.163。

3.讨论

（1）综合力学性能

通过数据能够发现，与三层复合板相比，五层复合板的强度指标比较低，但是五层复合板的塑性指标则比三层复合板要高，出现这种情况的主要原因在于五层复合板的不锈钢层相对应截面的比例明显比三层复合板的小。另外，就屈强比而言，三层复合板要高于五层复合板，但是两者之间的差异较小。

（2）厚度异性系数

所谓的厚度异性系数又被叫做塑性应变比（γ），具体指的就是实验样品以单轴形式进行拉伸，直到均衡出现塑性变形，样品之间的距离在宽度方向上的真实应变εb与厚度方向上的应变εa两者之间的比，公式为：

γ=εb/εa

γ体现了复合板平面与厚度方向的变形难易方面的差别。其中γ越大，复合材料的抵御失稳变薄水平就越强，就更能有效的体现在材料失稳之前的变形水平，进而加强成型的限度。通过数据发现：

第一，就各个方向五层复合板γ值而言，五层复合板明显比三层复合板要高，这主要是由于五层的总轧制变形量比三层的要高，而轧制变形量的增多能够有效的提升材料的轧制状态中（111）的元素，该元素的增多和γ值的提高成正向关系。

第二，上述两种复合材料的凹耳系数γ都低于0，这表明在45度方向时将会发生凹耳，并且发散退火加强复合材料的绝对值，进而有效加强复合材料的各项异性水平。

第三，同一种类型的复合板在退火之后的γ值比没有退火时的低，这主要是由于不锈钢层不会受到发散退火的影响，但是就铝层来讲，它在退火之后的织构将会变成立方织构，进而使得复合材料内的（111）面所占比例明显降低。

第四，就复合材料的γ值而言，五层复合材料比三层复合材料要低，这说明三层复合材料的各向异性高于五层复合材料[2]。在条件相同的基础上进行成型加工的过程中，五层复合材料的使用率将更高。

（3）应变强化指数

应变强化指数（n）体现的是金属由于应变强度的性质，公式为：

Σ=Kεn

公式中的K表示的是应变强化系数。其中金属材料的N值越大，那么材料的硬化效果就越强，相对应的局部紧缩失稳水平就越高。

通过数据可以发现：第一，相状态一致的情况下，三层复合材料的n值明显低于五层复合材料，出现这种情况的主要原因是由于轧制至厚度相同时，三层复合材料的应变值会明显低于五层复合材料的应变值。第二，三层与五层复合材料的n值在退火之后都比退火前的要大，这是因为发散退火将致使复合材料内的铝层出现再结晶，且将去除各层内部一些由于变形不均衡而导致的内应力，所以，使得材料的塑性变形水平得到明显提升。

4.结论

综上所述，对不锈钢/铝（合金）/不锈钢多层复合板进行了冲压成型性能实验，且得出以下三点结论：第一，五层复合材料的厚向异性数比1大，应变强度指数同样相对较大，有助于材料的冲压成型。第二，对三层复合材料与五层复合材料进行发散退火，能够有效提升两者的应变强化指数，然而γ值将随之下降。第三，就复合材料的综合力学性能与成型性能而言，五层复合材料明显优于三层复合材料[3]。

参考文献

[1]朱旭霞，彭大暑，黎祚坚.不锈钢/铝（铝合金）/不锈钢多层复合板残余应力研究[J].金属成形工艺，2009（01）