雙金屬復(fù)合帶材固-液鑄軋成形數(shù)值模擬及復(fù)合機(jī)理實驗研究.pdf

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

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

3、。
　　為揭示銅/鋁復(fù)合帶固-液鑄軋復(fù)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(yù)熱溫度、銅帶厚度、鋁液澆注溫度等因素對Kiss點位置及結(jié)合界面溫度影響的宏觀規(guī)律。結(jié)果表明，鑄軋速度和銅帶預(yù)熱溫度的提高及銅帶厚度的減薄，可有效提高復(fù)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(nèi)液態(tài)金屬的流動情況。
　　為開展銅/鋁復(fù)合帶固-液鑄

4、軋復(fù)合成形工藝實驗，對0160X150mm普通雙輥實驗鑄軋機(jī)進(jìn)行了改造，設(shè)計構(gòu)建了銅/鋁復(fù)合帶材固-液鑄軋成形實驗平臺。并以數(shù)值模擬結(jié)果為基礎(chǔ)，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(dāng)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(fù)合帶。折彎、剝離等界面特性和力學(xué)性能測試結(jié)果表明，所制備的銅/鋁復(fù)合帶界面結(jié)合質(zhì)量良好，具有良好力學(xué)協(xié)同性且剝離強(qiáng)度達(dá)到1

5、2.13N/mm，滿足工業(yè)應(yīng)用要求。
　　為揭示銅/鋁復(fù)合帶材固-液鑄軋成形復(fù)合機(jī)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(fù)合帶材固-液鑄軋復(fù)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(fù)合區(qū)內(nèi)銅/鋁復(fù)合材料試樣，并對其界面進(jìn)行了SEM和EDS分析。結(jié)果表明，鑄軋復(fù)合初始階段，銅/鋁界面在高溫驅(qū)動下發(fā)生劇烈的反應(yīng)擴(kuò)散并形成了厚度約為10pm擴(kuò)散層，而后在持續(xù)壓下變