锯带和锯条其切削边缘必须具有高尺寸稳定性以及高耐磨性。它 们即使在由于在锯条和所锯切的材料之间的摩擦而导致的高温下也应 该能够承受由压缩、弯曲和剪切力所产生的高负载。由于难以在单种 材料中组合上述性能，所以目前锯条通常包括具有高弯曲疲劳强度的 相对强韧的金属基底和由较不强韧但非常耐磨的高速钢制成的刀刃 带。刀刃带具有这样一种宽度，从而可以从中切割出该锯带或锯条的 至少齿尖或者甚至整个切割齿。
已经通过将由切削工具钢制成的薄带材焊接在柔性合金钢衬垫 (backer)的边缘上制备出复合锯条即由两种或多种不同材料制成的 锯条。一般的焊接技术为电子束焊接；但是，所得到的焊接部分即两 种金属的合金及其附近的热影响区域明显弱化。在准备焊接尤其是准 备电子束焊接中，轧制出金属背衬和切削工具钢薄带并且反复进行退 火以获得所要求的用于焊接的尺寸。当实现焊接尺寸时，仍然需要进 一步调整金属背衬和薄带以在焊接位置处获得尖锐直角边缘。该过程 非常耗时并且成本很高。
已经通过将熔融切削工具钢铸造在支撑金属带上来制备出复合金 属制品。将熔融切削工具钢输入到支撑金属带附近的空间中，然后将 它粘接在那里。
已经采用固相边缘接合来通过在还原氛围下加热加压来并排连接 金属带。通过在足够压力下加热金属带来实现固相连接，从而形成冶 金接合。虽然固态接合可以产生出冶金接合并且不会对附近金属区域 产生有害影响，但是固态边缘接合不能产生出足够的新接合表面、热 量和压力以形成坚固的连接，并且所连接的带材往往不能承受随后的 加工。
金属热轧是已知的，并且对钢锭进行热轧已经投入到生产实践中 许多年。热轧通常在大约2000°F的温度下进行，并且通常要将热轧钢 材进行冷轧以获得其最终尺寸。在轧制高速钢时由于冷加工所导致的 损害例如加工硬化所以往往需要在每进行10％至30％冷加工压下量 对钢进行退火。因此，冷加工需要附加的耗时且成本高的处理步骤。
已经采用热连接通过利用电阻加热将金属芯部和两条铜带材加热 至热轧温度来制作出复合金属制品例如包铜钢。将三种组分引入到具 有还原氛围的腔室中，然后使之直接流入到轧辊中，在那里将这些材 料压紧并热连接在一起。至于热轧，往往需要将该制品冷加工至其最 终尺寸。
因此期望改善用于提供在不同金属之间具有高连接强度的复合制 品的方法。
仍然需要高效地制造出复合金属制品。
还需要在组成金属之间具有强结合并且对连接区域的材料损害最 小的复合金属制品。
在下面的发明中解决了现有技术的这些和其它限制。

本发明提供了一种复合金属制品，它在不同金属之间具有优异的 结合。该复合制品能够被进一步加工成锯条或其它有用的制品。提供 一种具有优异切割和耐磨性能的锯条。
本发明还提供了一种用于形成复合金属制品的简单而有效的方 法。根据本发明的一个方面，一种用两种不同金属制作复合金属制品 的方法包括：提供由第一金属构成并且具有第一和第二相对表面的金 属基底，所述基底在所述第一和第二相对表面的至少一个中具有至少 一个纵向设置用来容纳线的凹槽；将由第二金属构成的细长金属元件 插入到金属基底的所述至少一个第一和第二凹槽中以形成一复合组 件；并且在压力下对该复合组件进行加热以将第二金属元件和凹槽的 相邻表面推压在一起以形成一接合制品。
在一个或多个实施方案中，金属基底为一板材或一带材。板材或 带材具有其一般意义，并且其一个尺寸例如厚度明显小于另外两个尺 寸例如长度和宽度。示例性的尺寸包括大于大约5的纵横比(宽度∶ 厚度)。
在一个或多个实施方案中，金属基底为一金属条。金属条具有其 一般意义，并且其一个尺寸例如厚度小于另外两个尺寸例如长度和宽 度；但是，纵横比(宽度∶厚度)不太大例如为1∶1至大约4∶1。
如在这里所使用的一样，“横向方向”被认为是与基底的平面垂直 的方向或沿着所施加的压力的方向。该横向方向通常跨过制品的厚度。
在本发明的一个方面中，用两种不同金属制作复合金属制品的方 法包括：提供由第一金属构成并且具有第一和第二相对表面的金属基 底，所述基底在所述第一和第二相对表面的至少一个中具有至少一个 用来容纳线的纵向凹槽；将由第二金属构成的线插入到金属基底的所 述至少一个凹槽中以形成一复合组件；并且在压力下加热该复合组件 以将第二金属元件和凹槽的相邻表面推压在一起以形成一接合制品。
在本发明的另一个方面中，用两种不同金属制作复合金属制品的 方法包括：提供由第一金属构成并且具有第一和第二相对表面的金属 基底；将由第二金属构成的至少一根线设置在位于所述第一和第二表 面的至少一个上的位置处；限制线相对于其在所述表面上的位置的横 向运动以形成一复合组件；并且在压力下加热该复合组件以将至少一 根线和金属的相邻表面推压在一起以形成一接合制品。
在本发明的再一个方面中，制作复合线的方法包括：提供由第一 金属构成并且具有第一和第二相对表面的金属棒，所述基底在所述第 一和第二相对表面的至少一个中具有至少一个用来容纳线的纵向凹 槽；将由第二金属构成的线插入到所述金属基底的至少一个凹槽中以 形成一复合组件；并且在压力下加热该复合组件以将第二金属元件和 凹槽的相邻表面推压在一起以形成一接合制品。
在本发明的另一个方面中，复合金属制品包括：由第一金属构成 并且具有第一和第二相对表面的基底；以及由第二金属构成的至少一 个细长构件，所述至少一根细长构件嵌入在所述第一和第二相对表面 的至少一个中并且沿着基底的长度设置，其中包含有嵌入的细长构件 的基底表面和相对表面形成平面，并且其中所述基底和所述嵌入的细 长构件沿着其界面形成冶金接合。
在本发明的另一个方面中，复合金属切削工具包括：由第一金属 构成的基底，该基底在第一边缘处具有第一厚度并且在从所述第一厚 度向第二更小厚度逐渐变细的基底的相对边缘上具有一锥形区域；以 及至少一个位于所述基底的锥形边缘区域附近的边缘构件，所述边缘 构件由第二金属构成并且与所述金属基底的锥形区域表面形成冶金接 合，从而边缘构件和金属基底的锥形区域的厚度与金属基底的第一厚 度相同。
在本发明的再一个方面中，在横向扩展上具有改善的约束的互成 直角的四辊轮拉丝模装置(turks’head)包括：一第一对水平辊子； 以及一第二对位于水平辊子边缘处的垂直辊子，其中垂直辊子的旋转 轴线偏置在水平辊子的旋转轴线上游，所述偏置在水平辊子与要加工 材料的接触弧内。
在本发明的再一个方面中，制造复合金属制品的设备包括：
用于将金属基底引入到第一受控氛围中的装置；
用于将第一和第二元件引入到第一受控氛围中并且使位于金属基 底附近的第一和第二元件设置在将进行接合的位置处的装置；
用于加热所述金属基底以及第一和第二线的装置；
至少一个辊对，用于向金属基底和两根线施加压力；以及
用于监测和控制张力的装置。
如在这里和整个说明中所用的一样，术语“大约”指的是规定数值 的±10％。
附图说明
参照以下本发明的详细说明并且结合其中相同附图标记表示相同 的元件的以下附图将更加全面地理解本发明的各个目的、特征和优点。 下面的附图仅仅用于说明，而不是打算对本发明进行限定，本发明的 范围由后面的权利要求给出。
图1A为一侧视图，图1B为在剖面1B-1B′上的立体剖视图，而图 1C为在切开之前的剖视图，显示出根据本发明的一个或多个实施方案 的复合制品的特征。
图2为根据本发明一个或多个实施方案在切开之前(2A)、在切 开之后(2B)和在尖锐至复合制品的刀刃之后(2C)的剖视图。
图3A为传统焊接制品的剖视图，而图3B为根据本发明一个或多 个实施方案的接合制品的剖视图，显示出连接部分的剪切线。
图4为本发明复合金属制品的一个或多个实施方案的剖面示意 图，其中边缘构件具有多层交替的硬质切削工具金属层和更柔性的支 撑金属层。
图5显示出根据本发明的一个或多个实施方案的切削工具。
图6为根据本发明一个或多个实施方案的由两种不同金属构成的 组成复合制品，(A)在接合之前；(B)在至少一个固定步骤之后(箭 头表示所施加的压力)；和(C)在附加的固定步骤之后以及(D)接 合区域的放大部分的示意图。
图7A-7D为用在本发明一个或多个实施方案中的金属基底和凹槽 的各个实施方案的剖面示意图。
图8A-8C为根据本发明一个或多个实施方案的由两种不同金属构 成的组合复合制品，(A)在接合之前；(B)在至少一个固定步骤之后； 和(C)在附加的固定步骤之后的示意图。
图9显示出根据本发明一个或多个实施方案的复合组件。
图10A至10D显示出根据本发明一个或多个实施方案的复合金属 线的制备和使用。
图11A显示出本发明一个实施方案，其中在金属基底中的接合区 域偏离中心，并且图11B显示出根据本发明一个或多个实施方案的制 作复合制品的方法，其中边缘构件偏离中心。
图12显示出用于利用相配的凸形/凹形辊子来抑制该复合制品的 横向伸展的本发明一实施方案。
图13显示出用于使用偏置的互成直角的四辊轮拉丝模装置来抑 制复合制品的横向伸展的本发明的另一个实施方案。
图14显示出用于构造本发明复合制品的多机座轧机。

本发明提供一种在不同金属之间具有优异的接合的复合金属制 品。该复合金属制品形成在至少两种不同金属之间。如在这里所使用 的一样，要理解的是，术语“金属”包括金属合金。复合金属制品由金 属基底和与该金属基底形成强接合的一个或多个金属元件构成。该接 合在不会不利地改变该接合部附近的制品的化学、冶金和/或机械特性 的情况下形成。
在一个或多个实施方案中，金属边缘构件沿着基底主体的一侧连 接在金属基底的两侧上。在图1A和1B中显示出根据本发明一个或多个 实施方案的示例性复合金属制品。该制品100包括具有由第一金属构成 的锥形边缘125的基底110和位于基底110的锥形边缘125附近的边缘构 件128。图1A还显示出最终产品例如锯条的示例，它在该复合制品的 边缘构件128中具有切割齿140。如在图1B中的立体图中所示，该金属 基底110包括在薄化锥形部分125的相对表面129、129′上与边缘构件 128、128′接触的锥形部分125。边缘构件与锥形部分125的锥形互补， 从而该制品表面为平坦的。该锥形可以是直线形的或弯曲的或者由在 制造期间的材料流形成的更复杂的几何形状。边缘构件128、128′和基 底110的薄化锥形部分125在相对表面处形成坚固的即冶金接合。如图 1C所示，该复合制品由包括嵌入在金属基底110中并且接合在其上的 两个相对细长金属元件126、126′的中间复合板180制备，这些细长金 属元件126、126′为沿着复合板180的长度延伸的沟槽形带材。该复合 板沿着在图1C中的直线130切开以获得在图1B中所示的制品。该复合 板还可选择沿着边缘线140切开以为最终制品提供更笔直的边缘。
由于这两种不同材料在原子等级上的高效冶金接合，所以界面非 常干净并且具有不连续(discreet)的接合界面；但是，在接合区域中 没有形成任何脆化合金，如电子束焊接制品的典型情况。薄化部分125 的厚度可以根据本发明制品的预期用途改变，并且可以在总厚度的大 约70％至可忽略的量之间变化，如在切开制品的暴露表面160处所测量 的一样或者如在位于相对元件之间(或在只具有一个细长金属元件的 那些实施方案中在金属元件附近)的最窄位置150处所测量的一样。在 一个或多个实施方案中，在位置150或160处的基底金属厚度可以为总 厚度的大约30％或大约为5-15％。边缘构件128、128′(或者细长金属 元件126、126′)在锥形基底部分的任一侧上可以具有基本上相等的厚 度，但是人们认识到制造过程会使得边缘构件128、128′(或者细长金 属元件126、126′)厚度稍微改变。在一个或多个实施方案中，边缘构 件128、128′(或者细长金属元件126、126′)可以具有不同的形状、尺 寸和厚度。在用本发明的复合金属制品制出的锯条中观察到改善的锯 切性能。
在一个或多个实施方案中，复合金属板200包括如图2A中所示一 样嵌入在金属基底220的一个侧面中并且接合在其上的细长金属元件 210。该复合金属板200在图2A的直线240处切开，从而给出在图2B中 所示的复合制品245。该复合制品245包括沿着基底的一个侧面的长度 接合在基底220的薄化锥形部分218上的边缘构件215。该锥形部分218 的锥度与边缘构件215互补，从而该制品245的表面225是平坦的。如在 上面的图1A中一样，可以将切割齿切入到该制品的切削边缘250中。 或者，可以使该边缘锐化以形成如图2C中所示的刀刃270。这些边缘 用在带锯和/或刀具制造中。薄化锥形部分218或260的厚度可以在制品 总厚度的大约1至70％或大约1至30％之间变化。金属基底的锥形区域 218或260在其最窄位置处可以超薄至不容易(用肉眼)观察到或者只 能通过放大检测到。
在本发明的一个或多个实施方案中，第一金属比第二金属更坚韧， 例如具有更高的硬度。在一个或者多个实施方案中，基底是具有例如 在锯切或者切割操作中通常会遇到的条件下的理想机械性能和热稳定 性的金属。通常，金属基底可以是坚韧并且类似弹簧的任何热或者冷 轧金属或者金属合金。金属基底具有柔性，具有柔性的金属例如弹性 金属可以用于本发明。
在本发明的一个或者多个实施方案中，用作切割边缘的第二金属 比第一金属更硬或者更耐磨。在一个或者多个实施方案中，边缘构件 是耐磨金属；例如边缘构件由能够承受在锯切或者切割操作中刀刃通 常会遇到的磨损条件的金属制成。边缘构件金属可以是一种或者多种 高速钢，包括粉末状金属。作为示例，高速钢包括Matrix II，M2，M42，M51，M3 Type1，M3 Type2等。
本发明的一个特征在于，制品不限于用于金属基底或者边缘金属 任何特定的金属或者金属合金。因为接合依赖于金属穿过一个明显升 高的界面扩散，因此基本上任何金属结合都可以用于本发明的实践。 这种适应性与用于制造切割工具的传统焊接操作形成鲜明对比，后者 通常需要特定的合金组成用于成功的焊接。
本发明可以完成更复杂的制品。在本发明的一个或者多个实施方 案中，图4所示的复合金属制品410的刀刃400包括硬切割工具金属420 和更柔软的支撑金属430的多个交替层。最内侧部分440表示金属基底 的薄的锥形部分。用于柔软的支撑金属部分430的金属可以与金属基底 440的金属相同或者不同。刀刃的金属成分在共同的表面处冶金接合。 柔软支撑金属部分430的厚度可以与最内侧部分440的厚度相同或者不 同。例如图4显示了具有三个不同厚度的柔软支撑金属部分 430，440，430′的复合金属制品。对边缘构件中的不同金属区域的数量、 厚度和位置进行选择，以提供制品的所需性能。
采用如下所述的本发明的方法，复合制品的基底和边缘构件形成 冶金接合。在中等温度下，也就是低于两种金属的任何冶金变换温度 (Tm)，在两种金属的界面处的原子相互作用和重排导致接合。与传 统的连接方法例如电子束焊接或者激光焊接技术不同，在连接处附近 没有因为连接过程而受到显著影响也就是弱化的明显区域。由于焊接 制品和本发明的接合制品之间的剪切线的差异，接合的强度也获得提 高。在图3中显示传统的焊接制品320中的剪切线310；在图3B中显示 了根据本发明的一个或者多个实施方案的复合制品340的剪切线330。 图3B所示的本发明的制品的剪切线的长度(和相关区域)比图3A的传 统制品的长。因此即使连接强度相同，本发明的复合制品也会更耐用， 持久以及更能抵抗剪切破坏。
所得到的冶金接合强度因材料以及制造方法而不同；但是这种接 合足以承受随后的接合后的制造步骤。在制造锯条的情况下，所得到 的基底金属和边缘金属之间的冶金接合强度足以承受通常的接合后制 造步骤，也就是切开、切割和齿的设置。在制造之后，所得到的制品 通常进行热处理以硬化该制品。
本发明的复合金属制品用于制造切割工具，也就是刀片。本发明 能够实现切割工具的任何变型。任何形状的刀刃可以加工为复合制品 的边缘构件。在本发明的一个或者多个实施方案中，刀片是有齿的刀 片例如锯条，例如手持和动力的弓锯、孔锯、竖锯、往复式锯、以及 带锯。在一个或者多个实施方案中，刀片是无齿的刀片，例如刀。仅 作为示例，刀片可以是焊接的，例如对头焊接的，以形成带锯，或者 表面可以被加工切割，以形成平滑的、无齿的锯边缘或者刀刃。
采用传统的方法将切割齿加工为刀刃。齿可以是适合于特定切割 应用的任何形状和方位。切割齿可以沿着切割表面以任何理想的方式 设置。根据特定切割应用的需要，齿可以在基底的平面内或者平面外。 总之，可以自由的设计切割工具以最适合于特定的切割应用。
在本发明的一个或者多个实施方案中，切割齿是由硬切割工具金 属和较软的支撑金属的结合形成的。要被切割的表面上存在的切削边 缘包括硬切割工具金属和较软金属的交替区域。在本发明的一个或者 多个实施方案中，以复合金属的形式提供切削边缘。切削边缘包括已 经成为固体状态彼此接合在一起并且包括图1，2和4所示的复合金属制 品的边缘构件和锥形区域的硬和软金属的交替区域或者部分。
在一个或者多个实施方案中，切割工具是一种混合式制品，包括 复合金属切割条，该条在准备步骤中制成，并在制造之后焊接在金属 基底上。图5显示了采用传统基底1250的混合式锯条1245。复合金属刀 刃1260包括硬切割工具钢1265和较软的支撑金属1270的交替层的固态 接合复合体。将复合金属刀刃形成为条，然后采用传统的焊接技术将 其焊接在金属基底上。然后，将切割齿切割为复合金属刀刃，从而切 削工具钢和软金属的交替层提供本发明的刀刃。
本发明的复合金属制品是通过将不同的金属组分的组件在压力之 下进行加热而形成接合制品来形成的，已知的一种过程是固相接合。 复合组件包括金属基底，例如片或者条，具有纵向设置在金属基底的 一侧或者两侧上的能够容纳长条形金属元件的至少一个凹槽或者沟 槽。术语“线”或者“插入线”可以作为“长条形金属元件”的替换，而不 会损害后者的任何范围。线可以是各种形状，根据各种因素进行选择， 包括原材料的可获得性、制造的容易性、以及金属基底的纵向凹槽的 所需形状。示例性的复合组件500包括金属基底510，以及分别位于金 属基底510的凹槽530和535中的细长元件520和525，如图6A的截面图 所示。它显示，线插入件可以伸出到金属片的平面之上。在一个或者 多个实施方案中，金属基底510由与用于线插入件520以及525的金属不 同的第一金属制成。插入线520和525不需要由相同的金属形成。在组 装之前，采用传统的清洁剂以及擦洗技术对这些元件进行清洁。
沟槽和相关的细长元件可以是任何形状或者构形。在一个或者多 个实施方案中，细长元件是杆、棒、线。细长元件或者线可以具有任 何截面形状，例如截面是圆的，椭圆的，多角形的、正方形的，矩形 的或者长斜方形等等。细长元件可以按照制造商提供的尺寸和形状来 使用。或者可以采用任何传统的方法包括但不限于拖拉，互成直角的 四辊轮拉丝模装置、或者线挤出，将线加工为特定尺寸和形状。通过 温轧或者热轧(低于Tm)，线可以由初始的尺寸减小。
细长元件可以是，但也不必是与金属基底中的沟槽互补。在线插 入件和金属基底的结合的形成中可以有大量的变化，只要凹槽的形状 适合于容纳线插入件即可。在一个或者多个实施方案中，选择该结合 以将线“锁”在金属基底的沟槽中。这通常是通过在线插入件和沟槽之 间建立至少两点接触而实现的。因此，仅作为示例，V形沟槽中的圆 线或者圆形沟槽中的梯形线提供了足够的接触。在本发明的一个或者 多个实施方案中，线插入件和沟槽可以是互补的形状，从而细长元件 与金属基底中的沟槽或者凹槽的形状匹配。
然后在压力下加热该复合组件以使金属基底和细长元件紧密接触 并且在这些组成金属之间形成冶金接合。在一个或多个实施方案中， 首先将该复合组件加热至高于室温并且低于该复合组件的任何金属的 任何冶金变换温度(Tm)的温度，然后使之穿过一对辊子(“轧辊”) 以施加接合压力并且降低制品厚度。
虽然所使用的实际温度将随着所使用的材料和压制过程变化，但 是该温度可以在大约800至大约1600°F之间变化，或者在一些实施方案 中在大约1000至大约1550°F之间变化。可以采用任意常规的方法来实 现加热。例如，采用感应或电阻加热来加热该复合组件。在一个或多 个实施方案中，通过辐射形式例如激光辐射来提供热量。
同样，在本发明方法的实施中所采用的实际压力在很大程度上随 着所使用的材料和压制过程变化。可以采用任意常规方法来产生出压 力。例如，采用轧机或互成直角的四辊轮拉丝模装置来产生出压力。 压力为许多变量的函数，这些变量包括但不限于辊径、材料变形阻力 (硬度)、金属厚度和在轧辊和所轧金属之间的摩擦系数，并且在轧制 中所产生出的力在本领域是公知的。在本发明的一个或多个实施方案 中，在没有对轧辊进行润滑的情况下进行轧制，这有助于提高轧制压 力。在本发明的一个或多个实施方案中，加入硬质插入线尤其是加入 两根在金属基底上面和下面彼此叠置的线在接触位置即其中要求高压 力来改善接合的特定位置处产生更高的压力。局部由于细长元件的存 在而导致的附加厚度在固相接合操作期间提供了额外的压力以改善接 合。
金属基底具有纵向设置在该金属基底的一侧或者两侧上的一个或 者多个沟槽或者凹槽。图7显示了金属片的示例性实施方案。图7A为 在顶部和底部表面上具有凹槽610的金属基底600的截面图，作为示例， 该凹槽为矩形沟槽。该金属基底被称之为“2分(two-up)”片，因为通 过沟槽的中心将基底切割会得到两个产品制品。图7C和7D显示了具有 其它轮廓的沟槽，例如三角形620轮廓或者圆形630轮廓。需要注意， 例如图7所示，仅在金属基底的一侧具有沟槽。这种结构用于在接合一 个细长元件的情况，例如参考图2所讨论的情况。在一个或者多个实施 方案中，金属片640包括两个或者多个凹槽650，如图7B所示。每个凹 槽能够容纳一个细长元件，例如线，在通过将接合的制品通过图7B的 虚线660所示的沟槽以及沟槽之间的区域的中心适当的切割而接合之 后，金属片640可以分成几个复合制品。在一个或多个实施方案中，轧 制的制品可以是1分，2分，4分，6分，8分片等。尽管对于利用本发明 的方法可以获得的制品的数量和宽度没有限制，但是要被轧制的材料 越宽，该过程的挑战性越大。
图6B显示了在加热和轧制过程中的中点的制品545。插入线520、 525被压在和压入金属基底。在一个或者多个实施方案中，金属基底的 厚度也被减少。金属基底的厚度减少越多(表示为减少％)，在金属组 分的界面处受到的力越大。因此，线尺寸和形状以及金属片的厚度、 还有沟槽尺寸和形状关系到复合组件所受到的接合力，在插入线被引 入到基底沟槽的点处，大的减薄力有利于更强的固相接合。
图6C显示了最后的接合制品558，其中压力使得线插入件的第二 金属进入到金属基底中，制品表面基本是平的。在接合过程中，由于 厚度减少和制品拉长，在线和基底之间的接触区域明显增大。增大的 接触区域提供了大的接合界面，并有助于高质量的接合。金属基底510 在接合区域548中明显变薄，从而在从前面的插入线升高的上和下区域 550和555之间只存在金属基底的薄条540。在一个或者多个实施方案 中，该区域可以充分的变薄，从而只有少量的金属基底存留，基本上 整个截面560由来自插入线的第二金属构成，如图6D中细长接合区域 570所示。
因此，在几个简单(并且快速)的步骤中，本发明的一个或者多 个实施方案的方法提供了所需厚度的接合制品。原材料可以比在传统 的电子束焊接过程中使用的原材料厚，但是仍然可以在较少的步骤和 较短的时间内实现最后的厚度，明显节约了成本和材料。
在金属基底之上和之下采用插入线的一个或者多个实施方案中， 希望将线保持在适当的位置对准。例如在线可以横向移动的情况下， 所得到的线插入件的接合部分可以在轧制过程中移动，从而所得到的 接合区域可以彼此偏移。采用形成多点接触的线插入件和沟槽几何形 状有助于减少接合的第二金属区域的横向移动。
在本发明的一个或者多个实施方案中，线、金属基底以及轧辊的 布局和几何构形可以进行选择，以减少线和基底的相对移动。如果线 在加工过程中移动，所得到的接合金属元件可以不在用于后继加工例 如切割的适当位置。尤其是对于在金属基底之上和之下设置一个线对 的情况，希望保持复合组件的各元件的准确位置。在一个或者多个实 施方案中，上部和下部凹槽保持为与所需位置紧密对准。
在本发明的一个或者多个实施方案中，轧辊、金属基底或者两者 都包括与线插入件接合的沟槽，以限制线插入件的横向移动。如图6A 所示，轧辊575具有沟槽580，它容纳插入线并将其相对于轧辊保持在 适当位置。具有相似凹口的下辊(未示出)与包括一个沟槽的实施例 中的下插入线接合。
在一个或者多个实施方案中，线1300接合在沿着轧制方向延伸的 轧辊1320的沟槽1310中。当在轧辊中具有深的沟槽(图8A中示例性的 显示为1/2d，其中d是线直径)时，在金属基底1330中不需要凹槽来固 定线位置。图8B所示的第一轧制道次通过将该线嵌入到金属基底中来 固定线位置，并且一旦固定之后，后继道次(图8C)驱动固定的线向 下进入金属基底，从而将线拓宽成为嵌入的金属带1335并且使在该过 程中在接合区域1340处的金属基底的厚度变窄。
在一个或多个实施方案中，线接合在金属基底的凹槽中，并且没 有采用任何轧辊的轧槽来固定部件位置。如图9所示一样，当线900平 坦时，从而其深深地套在金属基底915的凹槽910上，充分抑制了横向 运动，从而不需要将轧辊920开槽以便固定线和金属基底的相对位置。
可以对本发明的复合金属制品进行进一步加工以获得所要求的制 品。例如，在锯条的制造中，通过穿过制品的中心区域548或中心区域 570将该制品切开来将该复合制品分成两个类似的工件。参见图6。在 一个或多个实施方案中，上下焊接的金属元件基本上是对称的并且相 互上下叠置，从而可以在接合区域的大致中点处将该复合金属制品分 开以提供两个基本上相同的工件。来自具有薄化的第一金属中心例如 区域548的制品的切片具有带有在图1C中所示的结构的边缘。
在一个或多个实施方案中，用作插入线的细长金属元件也是一复 合金属。图10A为本发明的复合细长金属元件(线)700的立体图。该 元件700包括与用于金属板755的第一金属类似或相同的金属710和不 同的金属720。在一个或多个实施方案中，金属720比金属710更硬。这 些组成金属布置在交替的区域中，并且这些金属区域在其界面处接合 在一起。在一个或多个实施方案中，更硬的金属720位于外表面，从而 该更硬的金属使该复合件的耐磨性增大。
图10C显示了采用复合金属元件700和金属基底755的复合组件 750。希望复合线在金属基底的平面内对准并保留，从而在固定和接合 过程中对准。适当的对准包括将复合线定位在金属基底中从而使得金 属的交替层710和720基本与金属基底的平面平行。在一个或者多个实 施方案中，复合线贴合地套入或者配合在金属基底755的沟槽725和/ 或接合辊(未显示)的沟槽中。在一个或者多个实施方案中，复合线 为例如梯形等的形状，这妨碍了复合线在沟槽内旋转。在一个或者多 个实施方案中，接合辊和/或金属基底包括V形沟槽。在一个或者多个 实施方案中，金属基底的凹槽或者复合线都不是圆的。将加热的元件 组装，并加压，以形成接合的制品。
图10D显示了本发明的加热和加压处理之后的最后的复合金属制 品560。接合区域765包括设置在金属基底的接合区域765中的金属710 和720的交替层。如此获得的复合片被通过接合区域765的中心部分垂 直切割，以暴露硬金属部分720和柔软支撑金属710，755的交替层的边 缘。图4示例性的显示了所得到的制品。
图10B显示了组装复合线的方法。将传统的钢棒730预制成形，此 处是杠铃形，它可以适应圆的(或者一些其它形状)耐磨钢线740，740′。 棒包括上面和下面的凹槽，它们可以通过传统的棒或者圆线的拉伸互 成直角的四辊轮拉丝模装置轧制或者传统的V形槽轧制而引入。三个 元件采用传统的清洁剂以及擦洗方法清洁，接合和轧制为最后的固定 尺寸。线的接合可以采用热轧过程或者本发明的方法或者可以用于使 得线元件冶金接合的任何其它技术来实现。或者，可以在采用具有能 够提供足够压力以接合复合线的反向有槽轧辊的互成直角的四辊轮拉 丝模装置的互成直角的四辊轮拉丝模装置的加工过程(turks head process)中加工出该组件。
最终接合制品可以具有变化的厚度例如从大约0.020″至大约 0.100″之间变化。具有较小最终厚度和/或相对较大的百分比减小量(例 如，界面区域增大较大)的制品将形成非常牢固的接合。在最终厚度 相对较大例如为0.065″或更大的情况或者厚度百分比减小量不是非常 大的情况中，接合强度不是太高。在整个制品非常宽的其它情况中， 可能不想使用轧制来获得整个宽度，因为流动性能在更大的距离上变 化。在这些(以及其它)情况中，可以采用传统的焊接技术将复合切 削边缘焊接在金属基底的边缘上，以形成本发明的切削边缘。这种制 品的示例已经在前面描述过了(图5)。
现在将参照图11A对制作具有复合金属边缘的焊接产品的方法进 行说明。如上面参照图10所述一样制备出复合金属线700。通过加热加 压接合该固定线，并且例如通过互成直角的四辊轮拉丝模装置轧制或 者通过垂直轧制和水平轧制的交替步骤将它轧制成矩形横截面1100。 可选从矩形形式1100中切下边缘1110以暴露出具有由硬质金属1120和 柔软金属1130形成的交替区域的表面1125。在相对于暴露表面的侧面 出将切出的矩形形式1100焊接在基底1140上以形成一焊接复合金属制 品1150。基底的金属和复合边缘的柔软金属为相同或类似的金属。
同样，该制品可以具有任意宽度，并且例如可以为小于1/4″至3.5″ 或更大。图11B显示出采用偏离接合例如在偏离中心并且靠近制品边 缘的位置处的接合的方法和制品。在其中需要较大锯条1160例如3.5″ 锯条的那些情况中，不方便接合“2分”制品。在这些情况中，可以使纵 向凹槽1170朝着金属基底的一侧偏置，并且轧制出单宽度制品(“1分” 制品)。如图11B所示一样，在边缘线1180处将边缘切掉以露出复合切 削边缘，并且边缘平衡。
在一个或多个操作中，采用用于加热和/或加热的接合辊和/或互 成直角的四辊轮拉丝模装置来实现不同金属的固相接合。在一个或多 个实施方案中，采用多个接合辊或“机座”来进行接合轧制。机座为用 于接合操作的轧机的组成部分。每个机座包括一对单独用马达驱动的 焊接辊和用来调节轧辊的垂直位置以便施加和释放在轧辊处的压力并 且控制材料厚度的单独“压下”的齿轮组件。轧机包括串接操作的多个 单独并且通过跨接在一个机座的出口和下一个机座的入口之间的“桥” 或外壳相互连通以便使这些材料在受控通常为还原氛围中被接合的轧 制机座。在一个或多个实施方案中，轧机包括两个或多个轧制机座， 并且可以包括3至6个机座或更多。
在本发明的范围内可以有许多该过程的变型和变化。要理解的是， 压制操作例如轧制将拉伸或加宽该复合制品。在本发明中，由于存在 于另一块金属板上被压制进金属板中央的附加材料(伸长元件)所以 存在横向扩展的额外原因。不被人注意的是，该横向扩展使得轧制形 状的中央断裂。在一个或多个实施方案中，接合空腔即在接合辊之间 的空间能够抑制横向扩展。在这里所使用的“抑制横向扩展”指的是， 明显降低或消除横向扩展(要知道的是，尽管采用了步骤来防止，但 是仍然会出现少量横向扩展)，或者使得该材料能够横向扩展至预定宽 度，在该宽度下限制了该材料进一步扩展。在接合空腔中减薄的材料 能够向前和向后沿着金属板或带的轴线伸展。除了提供具有均匀尺寸 的产品之外，抑制横向扩展已经被发现能够保持制品的接合压力以提 高接合的质量。
在一个或多个实施方案中，通过采用例如在图12A中所示的并且 在轧辊边缘处具有间隙区域1010的凸形1000/凹形1005接合辊而在轧 制操作中抑制横向扩展。在轧制压力下，金属基底材料趋向向上流进 较大的间隙区域1010中。在轧辊边缘处的空间设计成允许所轧制的基 底金属部分地向上流进(塑性变形)进所提供的空间中。这种向上流 动受到摩擦的限制并且流动停止。在至少一个或多个实施方案中，轧 辊的边缘1020弯曲以便于材料流动。间隙区域可以成角度，从而越多 的金属流进该区域，金属通道越窄，抑制它的摩擦越大。在一个或多 个实施方案中，轧辊还包括位于轧辊表面上用来容纳一部分复合组件 并且在轧制操作期间降低组成部件在轧辊中的横向运动的凹口1040。 该凹口有助于使接合的细长元件(用插入线形成)保持对准在适当位 置中，例如沿着轧辊的规定位置和/或相互叠置。在一个或多个实施方 案中，如图12B所示一样，第二轧制机座1070使间隙区域的方向反向。 在操作中，在第一凸形/凹形轧制机座处在加热和加压情况下轧制该复 合组件，其中细长元件接合在金属板沟槽中并且限制了横向流动。在 其间隙区域的方向反向的第二机座处将复合组件轧制成更薄的尺寸， 并且将第二金属进一步嵌入并且压平在金属板中。随后的轧辊不需要 凸形/凹形轧辊布置，因为伸展不再可能将材料薄板切开，并且所有随 后的轧辊1080都是平坦的(如通常那样具有较小的凸度，这便于容纳 过轧制边缘)。
在一个或多个实施方案中，使用边缘辊子系统例如互成直角的四 辊轮拉丝模装置来抑制横向扩展。“互成直角的四辊轮拉丝模装置”是 一种特殊的轧机机构，即它为设置成在相同平面中进行轧制的两台轧 机。当使用其辊轴相对于轧机辊辊轴成90°的附加的辊对时，轧机成为 互成直角的四辊轮拉丝模装置。互成直角的四辊轮拉丝模装置的辊轴 与减薄的平面共面。当材料穿过接合辊并且材料横向扩展至辊的侧面 时，互成直角的四辊轮拉丝模装置在其边缘处向材料施加反向的作用 力。互成直角的四辊轮拉丝模装置用于初始的轧制阶段，例如在第一 个二轧机机座中，此处明显的横向流会导致基底金属在沟槽处裂开。 尽管所有的轧机机座将基底(片材)的厚度减少至大致相同的程度， 但是在线嵌入到金属基底中时，在初始阶段在插入线处或者其周围发 生大百分比的厚度减少。
对于本发明，希望侧向辊(side roll)不会产生“溢料”(在轧机辊 和互成直角的四辊轮拉丝模装置之间流动的金属细珠)。本发明已经发 现，通过使得侧向辊位于轧辊的辊轴略前(上游)，可以避免出现溢料。 在一个或者多个实施方案中，互成直角的四辊轮拉丝模装置的偏离处 于接合辊与要被轧制的材料的接触弧之内。如图13A所示，在正面视 图，接触弧1400是接合辊1410从辊与材料1420的初始接触点1430旋转 至接触的最窄点1440(在辊隙处)所经过的角度。只要材料与接合辊 接触，材料就受到不断增大的更大幅度的作用力，在材料经过辊隙之 前会产生明显的横向扩展。因此，将互成直角的四辊轮拉丝模装置定 位在辊隙略前可以防止材料的横向流动。图13B是本发明的偏移的互 成直角的四辊轮拉丝模装置1450的平面视图。为清楚起见省略了顶部 轧辊，但是虚线1455表示其位置。阴影区域1460是材料与轧辊在接触 弧中的接触区域。以“+”表示的断开线1465表示对于未约束的材料观 察到的通常宽度的增加。需要指出，材料在与辊接触之后并且恰好在 辊隙之前很快变宽。为了阻止这种横向流动，侧向辊1470设置在轧辊 的辊轴的上游(与辊隙1440的位置相一致)。侧向辊提供了抵抗材料横 向流动并对其形成约束的附加轧制作用力。需要指出，轧辊的宽度与 目标宽度相同，以使得侧向辊能够有效的约束横向流动。
在本发明的一个或者多个实施方案中，偏移处于大约“1/4”至大约 “3/4”的范围内。在使用凸辊/凹辊组合的情况下，一旦通过2或者3个 道次减少材料的厚度，则互成直角的四辊轮拉丝模装置就不是必须的。 在一个或者多个实施方案中，互成直角的四辊轮拉丝模装置用在第一、 第二并且可选择在第三机座中。
在一个或者多个实施方案中，互成直角的四辊轮拉丝模装置用于 将横向扩展限制在预定值。在一个或者多个实施方案，互成直角的四 辊轮拉丝模装置可以允许扩展，或者可以位于相距轧辊的边缘有一定 距离。当材料进入轧辊中时，材料会扩展至预定量直至其遇到互成直 角的四辊轮拉丝模装置的点。在一个或者多个实施方案中，金属基底 比轧辊宽度窄，互成直角的四辊轮拉丝模装置位于轧辊的边缘处(或 者可以相距轧辊边缘有一定距离)。材料能够横向扩展，但是仅到它与 互成直角的四辊轮拉丝模装置辊相接触的点。受控的横向扩展可以导 致基底的受控减薄，特别是在插入线和金属基底相接触的接合区域中。 受控的横向扩展可以用于将金属基底在接合区域中减薄至它会破裂的 点或者减薄至金属基底实际上不存在的点。
以下描述一个或者多个实施方案的制造复合金属制品的示例性过 程。
插入线1500例如通过冷或者热加工被成形为所需尺寸和截面。成 形的线采用标准的金属清洁程序进行清洁，以除去残留的油和氧化物。 线可以对头焊接为长的长度以增加运行时间。在示例性过程中，通过 0.105″的长斜方形，将0.095″的圆线例如M2轧制为0.080″。
起初获得的金属基底(6150)1510其厚度为0.065-0.250″，宽度为 提供最后的所需宽度所必须的宽度，它被互成直角的四辊轮拉丝模装 置轧制以在两侧上形成V形凹槽(反向沟槽)而不会改变厚度，仅略 微改变宽度。互成直角的四辊轮拉丝模装置穿入(pull through)技术 能够保持顶部和底部沟槽在0.002″之内对准，并在+/-0.005″之内处 于条的中央，同时也保持基底厚度(尽管基底可能略微变宽)。
材料(插入线1500和金属基底1510)从辊中取出，并在它们靠近 轧机机座时采用直流电加热进行加热。参考图14，边缘线和金属基底 条分别送入(或者穿过)DC整流器的高电势接触，例如1520和1530， 用于加热至操作温度(大约1250°F)，然后送入含有氧化还原气氛例如 氢的进口蒸馏器1540。氧化/还原清洁是一个已知过程，其中材料在空 气中加热以形成薄的氧化物层，然后进入含有H2的蒸馏器中以进行还 原。也除去在擦洗之后的任何有机残余物或者留下来的水。当该元件 靠近第一轧机1550时，将边缘线定位在基底金属条之上和之下。图14 显示了三机座轧机；但是复合金属制品也可以利用六机座轧机来成功 的制备。所使用的轧机机座的数量部分地依赖于在每个机座要实现的 减薄百分比以及总的最后厚度。
轧机机座包括多个轧机，它们由将材料保持在还原气氛中的气体 腔室1555所包围，但是它们也可以短时间内暴露在空气中。桥式蒸馏 器(bridge retort)1560跨接在轧机机座之间，并在加热的条从轧机至 轧机的运动过程中保持还原气氛。在这些升高的温度下暴露于大气将 导致表面氧化。轧辊由耐久硬质材料例如高速钢如H13或碳化钨制成。 选择轧辊以减小所轧材料的粘附。这些轧辊通常是中空的；并且它们 可以用空气或水冷却。例如，它们为外壳轧机型(shell mill-type)轧 辊，它们被支撑在能够进行水冷的轴上。
每个轧机整流器在其自身的电路上操作，从而它们可以被单独控 制。监测该材料在它离开一个轧机机座并且进入随后一个时的温降， 并且整流器调节加热(例如，电压)以补偿温降。还可以有一种采用 了电阻和感应加热的混合加热系统。在混合系统中，第一轧机机座设 置成传统的接合结构，并且在第一机座处接地。利用高频感应装置来 实现在连续热轧机座之间对材料重新加热。在线/基底金属组件以目标 温度进入第一轧机机座时，轧机载荷增大至目标轧机载荷。在每个机 座处的测压元件监测了轧机载荷。在每个轧机机座平衡至目标温度和 轧机载荷时，随后的轧机辊被接合。
通常第一轧机机座轧辊速度是由操作人员控制的，并且随后的轧 辊速度设置作为其前者速度的函数。随着材料规格降低，百分比压下 量与轧辊的速度差成比例。可以使用张力计1570来监测出在轧机机座 之间的材料的纸幅张力，并且必要时可以调节轧机速度以控制纸幅张 力；但是，也可以采用许多其它普通的监测速度和厚度的方法。使用 热带以浅角度在其上通过的轧辊来实现张力控制。采用一装置将力传 递给测压元件。该测压元件反馈给控制器，该控制器监测出张力并且 因此进行轧机速度调节。
接合制品以连续接合带1580的形式离开轧机机座，然后绕紧在卷 轴1590上。在单独的操作中进行切开。
虽然在这里已经显示并且说明了结合有本发明教导的各个实施方 案，但是本领域普通技术人员可以很容易设想出结合了这些教导的许 多其它变化的实施方案。在这里所提及的所有参考文献被引用作为参 考。