黄铜包纯铜绞线复合材料拉拔过程中横截面结构、显微组织和力学性能变化（英文）

对采用固/液连铸复合成形工艺制备的外径8.5 mm黄铜包覆纯铜绞线复合坯进行拉拔加工,研究拉拔过程中复合材料横截面结构、组织和力学性能的变化规律与变形机制。结果表明:复合坯具有良好的表面质量和冶金结合的黄铜/纯铜界面,断后伸长率达到53.1%。拉拔过程中,纯铜绞线与黄铜包覆层的协同变形程度较高。随着总变形量的增大,纯铜绞线发生塑性变形流入各纯铜线之间构成的三角弧形间隙区,当总变形量增大至50%时,三角弧形间隙区被纯铜填满。随着总变形量增加至63%,纯铜绞线内部先后产生位错胞、条状微晶带等组织;黄铜包覆层内部先后形成平面位错网、相互交叉的形变孪晶和切变带,主要变形机制依次为位错平面滑移、形变孪生和剪切变形机制。复合材料的抗拉强度由铸态的240 MPa增大到总变形量63%的519 MPa,而断后伸长率由铸态的53.1%降低到3.2%。"固/液连铸复合成形→拉拔"短流程加工方法可适用于制备高速铁路贯通地线用黄铜包覆纯铜绞线复合材料。     

连铸工艺参数对复合铜包钢线组织与性能的影响EI北大核心CSCD

连铸复合法是制备高性能金属复合材料的新方法,提高连铸速度对提高生产效率、降低生产成本具有重要现实意义,连铸速度的提升将显著影响连铸复合过程凝固行为和铸坯质量。本研究采用连铸复合法制备外径8.7 mm、芯材直径6 mm的纯铜包覆Q235钢线,研究较高速连铸状态下工艺参数对铜包钢线表面质量、铜包覆层组织、界面扩散层厚度和界面剪切强度的影响。结果表明:在连铸速度300~420 mm/min、复合温度1150℃、一次冷却水流量400~800 L/h、二冷水流量100 L/h的工艺条件下制备的铜包钢线表面质量较好,铜层晶粒细小,界面结合强度高。     

退火对黄铜包覆纯铜绞线组织和力学性能的影响

黄铜包覆纯铜绞线是电气化铁路综合接地系统的关键地线材料，目前主要采用套管拉拔法加工。本文采用连铸复合-拉拔加工新工艺制备了黄铜包覆纯铜绞线，研究了退火温度和时间对拉拔态复合线材微观组织、性能、界面和拉伸断裂行为的影响。结果表明：当退火时间固定为1 h时，随着退火温度的升高，纯铜芯线和黄铜包覆层再结晶程度增大，二者分别在275℃和300℃完成再结晶。在退火温度200～300℃、退火时间0.5～1 h的范围内，随退火温度升高和退火时间的延长，复合线材的硬度和抗拉强度快速下降，断后伸长率快速提高。随退火温度的提高和退火时间的延长，黄铜/纯铜界面的扩散层厚度增厚，从(250℃, 1 h)退火条件下的4.0μm增加至(400℃, 1 h)的7.2μm，或从(300℃, 0.5 h)时的4.3μm增加至(300℃, 2 h)时的8.1μm。综合考虑各种因素，推荐的合理退火条件为(300～350℃, 1 h)。在该条件下退火后，线材的断后伸长率由拉拔态的3%大幅度升高至约40%；黄铜包覆层的拉伸断裂模式由退火前的解理断裂转变为韧性断裂，有利于提升贯通地线的服役安全性和延长服役寿命。     

矩形断面铜包铝复合材料的水平连铸直接复合成形

制备断面尺寸为50 mm×30 mm、铜包覆层厚度为3 mm的矩形断面铜包铝复合材料,研究结晶器长度、拉坯速度、芯管长度和一次冷却水流量对矩形断面铜包铝复合材料水平连铸直接复合成形过程的影响。结果表明:当连铸结晶器长度为150 mm、芯管长度为125 mm时,较为合理的拉坯速度范围为75~90 mm/min;当拉坯速度过慢时,铝液的填充不连续,导致芯部铝的收缩或冷隔等缺陷;当拉坯速度过快时,铜铝界面反应严重;当拉坯速度为75 mm/min时,合理的一次冷却水流量为700 L/h,一次冷却水流量大于1 000 L/h导致铝液填充不连续,一次冷却水流量小于400 L/h则导致铜铝界面反应加剧。通过检测芯管出口位置处的石墨内衬温度变化可有效监控铝液的填充行为以及连铸过程的稳定性。     

制备参数对HCCM水平连铸纯铜板坯组织与力学性能的影响

采用热冷组合铸型(HCCM)水平连铸制备横断面尺寸70 mm×10 mm(宽度×厚度)具有强轴向取向柱状晶组织的纯铜板坯,研究工艺参数对纯铜板坯微观组织、表面质量与力学性能的影响。结果表明:在铜液铸造温度1250℃,热型段温度1100~1150℃,冷却水流量600 L/h、连铸拉坯速度20~80 mm/min条件下可以制备出表面粗糙度低、具有沿拉坯方向强取向组织和优良力学性能的纯铜板坯,其抗拉强度为137~141 MPa,断后伸长率为45.1%~61.7%。随着拉坯速度的增加,HCCM水平连铸所制备纯铜板坯的组织均匀性增加,晶粒尺寸变小;热型段温度升高时板坯的柱状晶组织的晶界更加平直;而总体上力学性能受拉坯速度和热型段温度的影响较小。采用HCCM水平连铸,在热型温度为1150℃时制备的纯铜板坯的表面粗糙度小于0.3μm,无需进行铣面可直接进行后续冷加工,可为发展铜板带短流程生产工艺奠定基础。     

铜包铝气压连铸成形工艺

在自制的铜包铝气压连铸成形设备上,成功地连铸出内径为8mm,铜层厚度为2mm的小尺寸铜包铝双金属连铸复合棒坯。复合棒坯连续稳定,表面质量良好。经扫描电镜观察和剪切强度测试,发现铜包覆层厚度均匀,内部铜铝界面形成具有一定厚度的扩散边界,内外层金属实现了有效结合。经过后续拉拔加工,成功制备出外径为0.95mm的铜包铝复合线材,经测试,其退火后的抗拉强度,伸长率和电阻率分别为208.43MPa,13.44%,2.454×10-6Ω·cm。     

充芯连铸铜包铝棒坯工艺参数对表面质量的影响

在自制的连铸设备上，通过工艺参数的合理匹配，成功地制备出外层为铜内层为铝，外径为40mm、铜壁厚为8mm、长为80cm的铜包铝棒坯。试验发现铜液的熔化温度、结晶器水冷铜套与石墨衬套的接触长度、连铸速度、二次冷却水的位置和流量对固液界面、铜管的表面质量以及复合界面铜铝的相互扩散都有很大的影响。合理匹配可使固液界面位置调整到离结晶器出口端5～10mm处，复合棒坯表面光洁、复合良好，经过挤压与拉拔，可以制成不同直径的铜包铝复合线。     

铅包锡双金属气压充芯连铸复合界面研究

选用低熔点的铅和锡为材料,采用"气压充芯连铸"工艺,制备出外层铅直径为12 mm,内层锡直径为8 mm的铅包锡双金属复合棒坯.设计了铅液浇注温度、连铸速度和充气压力的三因素、三水平的正交试验,对影响双金属连铸坯复合界面的因素进行了原理性研究,得出了最佳的工艺参数组合.结果表明:当铅液浇注温度为375℃,连铸速度为10 mm/min,充气压力为0.03 MPa时,连铸坯复合界面过渡层明显,表面质量良好,包覆层厚度均匀,实现了冶金结合.     

水平连铸直接复合成形铜包铝复合材料的组织与性能

研究了水平连铸直接复合成形铜包铝棒材的制备工艺和组织性能及退火处理对界面层塑性的影响。结果表明,采用水平连铸直接复合成形法在芯管长度L=210mm、铜铸造温度tCu=1230℃、铝铸造温度tAl=770～850℃、一次冷却水流量Q1=600L/h、二次冷却水流量Q2=600～800L/h、平均拉坯速度v=60～87mm/min的可行工艺窗口下能够制备出直径为30mm、铜包覆层厚度为3mm、质量良好的铜包铝复合棒材。在退火温度为530℃、保温时间为50min的工艺条件下,退火处理后可明显改善界面层的塑性。铜包铝复合棒材的抗拉强度和伸长率分别为80～94MPa和18%～31%。     

双金属气压充芯连铸固液界面位置的研究

利用气压充芯连铸法制备出外径为Φ12mm,内径为Φ8mm的铅包锡双金属层状复合棒坯,复合棒坯连续稳定,表面质量良好,包覆层厚度均匀,界面实现了冶金结合.采用正交试验法对连铸成形过程中各工艺参数对固液界面的影响进行了研究,确定了影响固液界面因素的主次顺序,得出了最佳的工艺参数组合,为以后的气压充芯连铸双金属层状复合材料工艺奠定了基础.     

界面对铜/铝异步轧制层状复合材料组织与性能的影响

利用异步轧制复合技术和退火工业制备铜/铝层状复合材料,利用扫描电子显微镜观察界面微观组织和拉伸断口形貌,进行剥离和拉伸实验研究界面的力学性能。结果表明,热处理过程促进了界面层的形成,而较高的退火温度破坏了界面结合。层状复合材料的拉伸性能介于两组元金属之间。经340℃退火后,铜基体的延伸性能与铝基体接近,并且界面开裂程度较低。在拉伸过程中,两金属基体延伸率不同,导致界面发生内部断裂。界面作为铜、铝之间的过渡层,在强化复合材料方面起到重要作用。     

界面对铜/铝异步轧制层状复合材料组织与性能的影响（英文）

利用异步轧制复合技术和退火工业制备铜/铝层状复合材料,利用扫描电子显微镜观察界面微观组织和拉伸断口形貌,进行剥离和拉伸实验研究界面的力学性能。结果表明,热处理过程促进了界面层的形成,而较高的退火温度破坏了界面结合。层状复合材料的拉伸性能介于两组元金属之间。经340℃退火后,铜基体的延伸性能与铝基体接近,并且界面开裂程度较低。在拉伸过程中,两金属基体延伸率不同,导致界面发生内部断裂。界面作为铜、铝之间的过渡层,在强化复合材料方面起到重要作用。     

6061合金外熔体温度对7075半固态合金固相颗粒定向生长的影响

利用固/液复合铸造技术,将液态6061合金熔体包覆7075合金半固态坯料,制备出包覆型7075/6061双金属复合铸锭。研究了外熔体温度对包覆型7075/6061双金属复合铸锭半固态颗粒生长形态的影响。结果表明:在固/液复合铸造工艺条件下,受到6061合金外熔体温度的影响,内层7075合金半固态固相颗粒沿平行于复合铸锭轴向方向发生了定向生长;随着外熔体温度的升高,内层半固态固相颗粒定向生长速率显著增大;而靠近复合界面处的半固态固相颗粒定向生长速率远大于复合铸锭心部的半固态固相颗粒定向生长速率;外熔体温度越高,半固态显微组织的晶界激活能或表观激活能越低,越有利于半固态固相颗粒发生定向生长。     

下引法连铸单晶铜试验研究

利用自制下引式真空熔炼、氩气保护连续定向凝固设备制备出φ16mm的单晶纯铜棒材,研究了各工艺参数对连铸单晶铜凝固过程中温度分布的影响,分析了铸锭凝固过程中的表面质量和凝固组织的变化情况.结果表明:拉坯速度、熔体温度、冷却水量等工艺参数对固液界面的形状和位置有显著影响,并通过影响固液界面位置和形状来作用于凝固过程.连铸单晶铜凝固过程中,铜在结晶器内熔点位置即为固液界面位置,理想的固液界面位置在距离结晶器出口30～40mm处;铸锭凝固过程中逐渐淘汰的晶面为(311)、(220)和(111),最后单晶生长的晶面为(200),其晶体生长方向为[100].     

气压顶出充芯连铸制备双金属复合材料试验研究

采用自制设备,运用气压顶出充芯连铸法,制备出外径为12 mm,内径为8 mm的铅包锡双金属复合棒坯.对复合棒坯的外观、断面和界面进行了分析,结果表明,复合棒坯连续稳定,表面质量良好,包覆层厚度均匀,界面实现了冶金结合.     

铜包铝复合电力扁排热轧过程温度场的数值模拟

采用刚塑性有限元法,以大型有限元软件DEFORM-3D为分析工具,考虑界面接触传热,对铜包铝复合电力扁排热轧成形过程进行了三维温度场模拟.结果表明:在轧件开始咬入与轧辊接触后,纯铜表面中部的温度先降低后升高,由于纯铜与轧辊的接触传热,轧辊与纯铜的接触部分温度低于铜包铝扁排侧部金属的温度;由于接触摩擦与塑性变形功转化为热量,开始轧制后轧件表面温度有所升高;轧制后铜包铝排铜层表面和铝芯的边部温度高于中部温度,由表及里温度升高;随着压下率的增大,在变形区轧件温度升高幅度增大;随着轧制速度的提高,在变形区铜层和铝芯温度变化更为剧烈,轧制后温降速率减小.     

Cu-Al复合材料连铸直接成形数值模拟研究

建立了Cu-Al复合材料连铸成形的数值模拟模型,确定了模型的边界条件,提出了复合过程处理和结果评价方法。通过与部分实验结果对比表明,模拟结果与实验结果一致。以铜包铝棒坯立式连铸和Cu-Al复合板坯水平连铸过程为例,采用Pro CAST软件对其稳态温度场进行了数值模拟分析,得到了各工艺参数对连铸过程的影响规律,给出了合理的工艺参数范围,并结合模拟的参数进行相应的实验研究。结果表明,本工作建立的连铸复合模型、确定的边界条件、提出的复合过程处理和结果评价方法合理,可有效用于连铸复合成形模拟分析。计算结果表明,制备横断面为100 mm×100 mm、Cu包覆层厚度(4~10 mm)的铜包铝棒坯可行的连铸工艺参数为:Cu液温度1250℃,Al液温度750℃,结晶器长度200 mm,芯棒管长度290 mm,一冷水流量1600~2000L/h,二冷水流量900~1300 L/h,二冷水距结晶器出口距离30 mm,拉坯速率60~80 mm/min;制备厚度20 mm、宽度75 mm、Cu包覆层厚度(4~7 mm)的Cu-Al复合板坯可行的工艺参数为:Cu液温度1250℃,Al液温度760~800℃,拉坯速率40~80 mm/min,Al液导流管长度20 mm。     

4045/3003铝合金包覆铸造工艺的数值模拟研究

采用数值模拟和实验研究相结合的方法,研究了φ140 mm×φ110 mm的4045/3003铝合金包覆铸造过程中分流方式、铸造温度、铸造速度对温度场、流场及凝固过程的影响规律。结果表明:密集不均匀分流方式可最大化的使芯材支撑层四周温度分布和熔体流速趋于均匀一致,复合面上边缘温差在5℃内;3003铝合金铸造温度从720℃提高到760℃对整个温度场几乎没有影响,但在适当的温度范围较高的浇注温度有利于提高支撑层表面光滑度和铸锭表面质量;铸造速度过慢会出现卡锭现象,铸造速度过快会导致漏铝,因此铸造速度应保持在100 mm/min左右,以保证试验顺利进行。模拟结果可为进一步优化包覆铸造工艺和工业化提供理论基础。     

退火温度对连铸-轧制成形铜包铝复合扁排组织与性能的影响

研究退火温度对连铸-轧制成形铜包铝复合扁排组织、界面结构与结合强度、力学性能以及电学性能的影响。结果表明:铜包覆层在300℃开始再结晶,400℃时再结晶完成;芯部铝靠近铜包覆层的剧烈变形区在200℃完成再结晶;而在中心部位,粗晶区在250℃时已开始再结晶,400℃时再结晶完成。铜包铝复合扁排的抗拉强度和伸长率在300℃以下退火时变化较小,在300℃以上退火时变化显著。随着退火温度的增加,界面结合强度先增大后减少。在250℃及以下温度退火时,界面处无明显金属间化合物相生成,因此,在此温度范围内,界面结合强度随着退火温度的升高而升高;退火温度在300~400℃时,界面处有金属间化合物相生成,且随温度升高,界面厚度由约1μm增大到约4μm,界面结合强度由54.0 MPa逐渐降低到25.8 MPa。铜包铝复合扁排的电阻率主要受基体金属组织状态的影响,随着退火温度的升高,铜包铝扁排的电阻率逐渐降低;在本实验条件下,当界面处金属间化合物层的厚度不大于4μm时,金属间化合物层对电阻率的影响不明显。     

电爆法制备石墨烯气溶胶用于石墨烯包覆铝复合粉体

提出了一种通过电爆法制备石墨烯气溶胶并将其用于石墨烯包覆铝复合粉体的新方法,在不破坏石墨烯本征特性的前提下,解决了石墨烯在金属复合粉体中分散不均匀、界面结合弱的问题。利用电爆法制备了一定浓度的石墨烯气溶胶,得到的石墨烯有2种结构：片状和凝胶状。石墨烯层数为5~8层,石墨烯气溶胶均匀分散在腔内。另外,在气流的作用下,通过搅拌将石墨烯气溶胶与球形铝粉颗粒混合,制备了石墨烯含量不同的石墨烯包覆铝复合粉体。当石墨烯气溶胶含量为1.5%（质量分数）时,石墨烯均匀分散在复合材料中,石墨烯片粘附包裹在金属颗粒上。最后,分析了石墨烯气溶胶原位混合形成石墨烯金属复合粉体的机理。