雙金屬復合帶材固-液鑄軋成形數(shù)值模擬及復合機理實驗研究.pdf

1、層狀金屬復合材料是將物理、化學和力學性能不同的兩種或者兩種以上金屬組元，利用復合技術使其在界面處形成牢固結合而形成的新型結構和功能材料，兼具有各組元金屬的優(yōu)異性能，被廣泛應用于航空航天、電子電力、海洋工程和汽車等領域。爆炸復合與軋制復合是目前雙金屬復合板的主要成形工藝，屬典型的固相復合技術，其工業(yè)應用已非常廣泛。近年來，以雙輥鑄軋技術為基礎發(fā)展起來的固-液復合技術，因其具有高效、短流程等優(yōu)點，成為雙金屬層狀復合板近終成形研究領域的前沿方

2、向，受到國內外學者的廣泛關注。
　　本文以授權國家發(fā)明專利“一種雙金屬復合板電脈沖固液鑄軋設備及方法(ZL201510040540.7)”為背景，在國家自然科學基金面上資助項目“Cu/Al復合帶固-液鑄軋電流強化復合技術基礎研究”（NO.51474189)資助下，以固-液鑄軋復合區(qū)內銅/鋁界面復合機理為主要研究對象，重點解決復合界面熱力學行為的數(shù)值模擬、傳統(tǒng)雙輥鑄軋機改造、銅/鋁復合帶固-液鑄軋復合成形機理及其工藝可行性的實驗研究

3、。
　　為揭示銅/鋁復合帶固-液鑄軋復合成形過程中溫度場和流場分布規(guī)律，采用Fluent軟件建立了穩(wěn)態(tài)鑄軋過程中的二維熱-流耦合計算模型，模擬分析了鑄軋速度、銅帶預熱溫度、銅帶厚度、鋁液澆注溫度等因素對Kiss點位置及結合界面溫度影響的宏觀規(guī)律。結果表明，鑄軋速度和銅帶預熱溫度的提高及銅帶厚度的減薄，可有效提高復合界面溫度、增加液態(tài)區(qū)域；同時升高鋁液澆注溫度，可改善鑄軋區(qū)內液態(tài)金屬的流動情況。
　　為開展銅/鋁復合帶固-液鑄

4、軋復合成形工藝實驗，對0160X150mm普通雙輥實驗鑄軋機進行了改造，設計構建了銅/鋁復合帶材固-液鑄軋成形實驗平臺。并以數(shù)值模擬結果為基礎，確定了合理的鑄軋速度、澆注溫度、澆注速度等實驗工藝參數(shù)，當鑄軋速度為2m/min，澆注溫度為690 ℃，熔池高度30mm，銅帶溫度為25 ℃時，成功制備了厚度為2mm銅/鋁復合帶。折彎、剝離等界面特性和力學性能測試結果表明，所制備的銅/鋁復合帶界面結合質量良好，具有良好力學協(xié)同性且剝離強度達到1

5、2.13N/mm，滿足工業(yè)應用要求。
　　為揭示銅/鋁復合帶材固-液鑄軋成形復合機理，利用MSC.MARC生死單元法及其二次開發(fā)接口，建立了銅/鋁復合帶材固-液鑄軋復合區(qū)熱-力耦合模型，計算了溫度和界面接觸壓力的演變規(guī)律。同時，利用急停法截取了固-液鑄軋復合區(qū)內銅/鋁復合材料試樣，并對其界面進行了SEM和EDS分析。結果表明，鑄軋復合初始階段，銅/鋁界面在高溫驅動下發(fā)生劇烈的反應擴散并形成了厚度約為10pm擴散層，而后在持續(xù)壓下變