冷轧铜铝复合板结合界面速度场分析

文章通过有限元速度场研究了冷轧铜铝双层板的复合过程,将该过程中金属的变形特征进行了分析,同时,将有限元计算结果与某工厂数据相结合,分析了轧制速度、压下率、异径同步、异径异步对铜铝双层板复合的影响。研究表明,速度场模型能够更有效地说明铜铝板的复合过程;轧制速度越大,变形区出口处复合面金属流动的同步性越差,复合强度越低;压下率越大, 变形区出口处复合面金属流动的同步性越强,复合强度越高;异径同步轧制铜铝复合板时,辊径比取1.4~1.6,变形区出口处复合面金属流动的同步性越较好,复合强度较高;异径异步轧制铜铝复合板时,轧制速比取1.2,变形区出口处复合面金属流动的同步性越较好,复合强度较高。     

冷轧铜铝复合板结合界面速度场分析（英文）

通过有限(FEM)元速度场研究了冷轧铜铝双层板的复合过程,将该过程中金属的变形特征进行了分析,同时,将有限元计算结果与某工厂数据相结合,分析了轧制速度、压下率、异径同步、异径异步对铜铝双层板复合的影响。结果表明,速度场模型能够更有效地说明铜铝板的复合过程;轧制速度越大,变形区出口处复合面金属流动的同步性越差,复合强度越低;异径同步轧制铜铝复合板时,辊径比取1.4~1.6,变形区出口处复合面金属流动的同步性越好,复合强度较高;异径异步轧制铜铝复合板时,轧制速比取1.2,变形区出口处复合面金属流动的同步性越好,复合强度较高。     

镁/铝爆炸复合板轧制过程的热力耦合数值模拟

镁/铝叠层复合板作为一种新型的叠层复合材料,利用爆炸+轧制的工艺方法生产镁/铝叠层复合板能够充分发挥镁合金和铝合金的性能优势。应用ABAQUS有限元分析软件对镁/铝爆炸复合板在不同热轧工艺下的热轧过程进行模拟,分析了轧制过程中温度、压下率对复合板宽展、等效应变及翘曲程度的影响。模拟结果表明:复合板宽展随温度的升高而略微降低,随轧制压下率的增大而增大;轧制过程中金属主要沿轧制方向进行流动,最大宽展率为3.5%;从复合板头部到尾部,节点的等效应力先升高、再维持水平、最后下降,界面最大等效应变随压下率的增加由0.164增大至0.523;轧制过程中,界面处金属温度高于两侧金属温度,轧制结束后温度由350℃降至237℃;轧制温度为350℃、轧制压下率为30%时,轧制效果最好。     

感应加热异温轧制制备钢/铝复合板

采取感应加热的方法异温轧制制备钢/铝复合板,整个过程处于一种Ar气保护氛围,研究了钢/铝复合板的结合性能和微观组织,并与冷轧工艺进行对比,分析了异温轧制工艺对结合性能的影响。结果表明:异温轧制的复合板由于钢层加热温度高于钢的动态再结晶温度,轧后碳钢组织出现等轴晶粒,发生了动态回复和再结晶,并且在钢侧近界面处产生一层平均晶粒尺寸约为5μm的等轴细晶区,相比于冷轧复合板,大大降低了复合板的加工硬化现象。异温轧制的钢/铝复合板微观界面贴合紧密,无孔洞和间隙,跨界面的Al和Fe元素扩散宽度达到2.4μm,复合板达到了良好的冶金结合状态,并且近界面的细晶区改善了板材性能,使得异温轧制复合板的剪切强度远高于冷轧板,在45%压下率下达到了85 MPa,是同等压下率冷轧复合板剪切强度(12 MPa)的7倍,冷轧板断裂发生在钢/铝结合面处,为脆性断裂,而异温轧制的复合板断裂发生在铝合金基体,剪切断面存在大量韧窝,呈现塑性断裂特征。     

钢铝双金属复合板的轧制及其界面分析

采用不同的表面处理方式制备了20钢和纯铝板基材的冷轧双金属复合板,并用剥离试验法测定了钢铝双金属复合板的结合强度,对比得出了最佳表面处理方式。在此方式下,研究了压下率对钢铝双金属复合板结合强度的影响,得出最佳压下率。采用电子显微镜、扫描电镜观察分析了复合板结合界面的金相组织、结合面形貌、元素分布及基材表面形貌。结果表明:化学处理和机械处理相结合的表面处理方式可以提高复合板的结合强度。在最佳表面处理方式下,当压下率为65%时,钢铝双金属复合板的结合强度最高,为13.3 N/mm(误差值±0.1 N/mm)。复合板界面钢侧没有Al元素扩散,Al侧没有Fe元素扩散,界面结合方式以机械结合为主。     

铜/铝/铜复合板异步轧制变形行为有限元分析

采用ANSYS/LS-DYNA软件建立了铜/铝/铜复合板异步轧制成形弹塑性有限元模型,将有限元模型仿真结果同实际轧制实验结果进行对比,证明有限元模型的准确性。通过对异步轧制变形区进行分析和研究发现,在相同条件下,与同步轧制相比,异步轧制可以有效地减小轧制正应力,并增大后滑区摩擦应力;异步轧制搓轧区可以促进复合板结合界面的金属流动,在其他轧制条件相同的情况下,压下率越大,搓轧区越小,异步速比越大,搓轧区越大;靠近快速辊一侧结合界面铜板的等效应变要大于靠近慢速辊一侧结合界面铜板的等效应变,中间铝板的等效应变大于两侧铜板。随着异步速比的增大,复合板结合界面上两种金属的等效应变的差距逐渐缩小,变形将会更加协调,有利于增强复合板的结合强度。整体研究对铜铝复合板制备工艺的优化提供了理论依据。     

轧制速度对铜/铝复合板结合强度的影响

基于复合板结合强度计算模型,用数值模拟和实验研究了轧制速度对铜/铝复合板结合强度的影响。结果表明,随着轧制速度的增加,组元金属的应变均小幅度增加,变形区正应力峰值则基本保持不变。轧制速度为125 mm/s时,铜铝结合界面上节点速度的一致性较好,在不考虑金属复合时间对结合强度影响时,轧制速度125 mm/s最有利于组元金属的结合。随着轧制速度的增加,铜/铝复合板的结合强度先增大后减小,且轧制速度为125 mm/s时,结合强度达到最高。     

铜/铝/不锈钢三层复合板成形工艺研究

试验研究了铜/铝/不锈钢三层复合板成形工艺,旨在充分利用各组元的优越性,为应用于散热及炊具等方面用复合板原料提供技术支持。依据轧制复合及热处理工艺理论,主要对铜/铝/不锈钢复合板轧制及热处理成形工艺进行了试验研究。结果表明,随着轧制压下率的增加,复合板的抗拉强度和界面结合强度逐渐增大,杯突值逐渐降低;不锈钢层与冲头接触的杯突值大于铜层与冲头接触的;最优轧制工艺参数:加热温度350℃,保温5 min~10min,压下率33.3%;350℃退火1 h获得了较为理想的抗拉强度及界面结合强度。     

移动感应加热异温轧制钛/铝复合板的协调变形和力学性能

提出了一种移动感应加热异温轧制制备钛/铝复合板的方法,应用电磁感应单独加热移动的钛板,与室温铝板轧制复合,实现钛和铝的协调变形,提高了复合板的结合强度。采用ANSYS有限元软件模拟移动感应加热过程中钛板的温度变化过程,确保在轧辊入口位置时,钛板沿宽度方向温度分布均匀。基于有限元模拟结果确定钛板移动速度和感应加热参数,并进行了移动感应加热和轧制复合实验,研究了不同压下率对于钛/铝复合板协调变形和结合强度的影响。结果表明：随着压下率的增加,钛/铝变形率差值先减小后增大,当轧制压下率为39.4%时,钛/铝轧制变形率基本一致,轧后复合板平直,界面剪切强度最高,达到124.6 MPa,剪切断裂发生在铝基体上。     

冷轧及退火工艺对钛-铝复合板界面结合性能的影响

采用冷轧复合工艺制备了TA1纯钛/4047铝合金复合板。采用拉伸试验测定了Ti/Al冷轧剪切强度以及力学性能,并研究了不同退火温度对界面金属间化合物生长规律的影响。利用扫描电镜测定了界面金属间化合物的厚度。研究结果表明:Ti/Al冷轧临界压下率为40%,压下率大于46.8%时,界面剪切强度要大于55 MPa。在较低的温度退火时,界面形成Ti Al和Ti Al_2,随着温度的升高,这两种金属化合物逐渐消失,形成了Ti Al_3。     

异温轧制制备钛/铝复合板的变形协调性与复合性能

采取只加热钛层的方法实现协调变形轧制制备钛/铝复合板,通过剪切实验、金相显微镜、扫描电子显微镜,研究压下率、钛层加热温度对钛/铝复合板的厚比分配、剪切强度和界面的影响。结果表明:随着钛层温度的升高和总轧制压下率的增大,钛铝复合板的钛层和铝层变形率差值逐渐减小;当温度为800℃,轧制压下率为50%时,铝层和钛层的变形率分别达到了51.4%和48.6%,钛铝复合板变形趋于协调。钛与铝的结合界面剪切强度达到107.5 MPa,基本接近铝基体的剪切强度。加热过程中钛板表面会产生氧化层,但是在较大轧制压下率下,钛的氧化层会撕裂,金属铝挤入裂缝与新鲜钛金属接触,在强大压力和高温作用下,钛、铝元素相互扩散从而达到牢固的冶金结合。     

6061/AZ31B/6061对称复合板的组织与力学性能研究

本文在理论分析与模拟计算的基础上,通过热轧制备了6061 Al/AZ31B Mg/6061Al对称复合板,并对其组织结构和力学性能进行了研究。首先通过经典复合板理论计算得到了复合板中6061Al的最佳包覆率,再通过有限元方法模拟得到了复合板的最佳压下率。依据理论分析和仿真计算得到的铝的最佳包覆率和复合板的最佳压下率,对6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板进行组坯,并在不同轧制温度、不同压下率和不同退火时间下进行了轧制实验,最后对实验得到的复合板进行了微观组织、拉伸性能和能谱分析。结果表明,在复合板的复合界面处的镁层中发现了再结晶晶粒,且界面上形成了由Mg17Al12和Mg2Al3组成的金属间化合物;随着轧制压下率的增大,6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板的拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度显著增大;随着轧制温度的升高,复合板的拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度也增大;而随着退火时间的增加,复合板的拉伸强度降低,但界面扩散厚度增加。     

6061 Al/AZ31B Mg/6061 Al对称复合板的组织与力学性能（英文）

在理论分析与模拟计算的基础上,通过热轧制备了6061 Al/AZ31B Mg/6061 Al对称复合板,并对其组织结构和力学性能进行了研究。首先通过经典复合板理论计算得到了复合板中6061 Al的最佳包覆率,再通过有限元方法模拟得到了复合板的最佳压下率。依据理论分析和仿真计算得到了铝的最佳包覆率和复合板的最佳压下率,对6061 Al/AZ31B Mg/6061 Al复合板进行组坯,并在不同轧制温度、不同压下率和不同退火时间下进行了轧制实验,最后对实验得到的复合板进行了拉伸性能测试、微观组织和能谱分析。结果表明,在复合板的复合界面处的镁层中发现了再结晶晶粒,且界面上形成了由Mg_(17)Al_(12)和Mg_2Al_3组成的金属间化合物;随着轧制压下率的增大,6061 Al/AZ31B Mg/6061Al复合板的抗拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度显著增大;随着轧制温度的升高,复合板的抗拉伸强度、延伸率和界面扩散厚度也增大;而随着退火时间的增加,复合板的抗拉伸强度降低,但界面扩散厚度增加。     

热轧碳钢/不锈钢复合板的界面厚度分析

研究了热轧工艺制度和Q235A普碳钢/304不锈钢复合板结合界面厚度的关系。结果表明,大于30%以上的大压下率试样剪切强度符合国标要求;大压下率轧制试样结合界面间元素扩散程度增大,界面厚度增加,复合板的结合强度也增强。     

冷轧铝-钢复合板的退火工艺

对55%变形条件下冷轧复合4A60铝/08Al钢复合带材进行退火处理,研究退火温度对钢层再结晶行为和铝-钢界面结合强度的影响。结果表明：退火温度为600 ℃保温60 min,钢层发生完全再结晶;退火温度为400~600 ℃,保温60 min,铝-钢复合板界面结合强度达到最大值9 N/mm,当保温时间为60 min,温度高于610 ℃时,铝-钢界面处产生脆性化合物,结合强度急剧降低至2.7 N/mm。确定55%变形条件下铝-钢复合板最佳退火工艺为600 ℃保温60 min。     

铝-钢冷轧变形界面复合行为

以4A60铝合金和08Al低碳钢冷轧复合板为研究对象,通过变形区剥离、扫描实验,研究了复合变形区金属流动规律、压下量和初始厚度对界面结合效果的影响。结果表明,随着压下量的增加,变形区铝-钢厚度比先减小后增大,最后达到稳定,且增加压下量可提高金属间界面结合强度;初始铝层越薄,复合压下量最小值越小,且在压下量相同时,其结合强度越高。初始铝层厚度和压下量通过影响钢表面氧化膜层的破裂程度来影响界面结合。铝-钢界面结合强度与钢层表面氧化膜破裂率φ相关,当φ21%时,铝-钢金属间发生初始结合。     

压下率对冷轧铝/钢(4A60/08Al)复合带材组织性能的影响

结合金相组织观察、显微硬度测量及室温拉伸实验, 对压下率分别为30%、40%、50%及60%时的4A60/08Al冷轧复合带的组织与力学性能进行了研究。采用模拟钎焊后拉剪实验对复合带的界面结合强度进行了评价。结果表明: 随着压下率的增加, 复合带钢层的硬度和屈服强度明显增加, 而铝层的硬度变化不大; 压下率从30%增加到50%时, 界面平均抗剪强度从52 MPa增加到65 MPa, 拉剪断裂位置也从铝钢界面断裂过渡到铝层断裂, 因此把压下率50%定义为4A60/08Al冷轧复合带的稳定压下率; 另外, 当压下率超过50%时, 复合带材的钢层在520℃×24 h退火后的组织基本为等轴的再结晶组织, 综合力学性能良好。     

异步轧制铜/铝复合板界面结合强度研究

对不同异步速比条件下铜/铝复合板界面结合强度和剥离形貌进行了研究,分析了轧制变形区界面正应力、剪切应力以及等效应变对复合板结合强度的影响机制。结果表明:随异步速比的增加,铜/铝复合板界面的剥离强度先增大后减小,且在异步速比为1. 15时达到最大值34. 2 N·mm-1。从剥离形貌来看,异步速比为1. 15时复合板剥离界面上黏着的铝脊数量和面积达到最大,且异步速比大于1. 15时,剥离面黏着的铝屑明显增加。模拟结果分析发现:随着异步速比的增加,界面处的等效应变和剪切应力均逐渐增大,可有效促进金属间的结合效果。当异步速比大于1. 15时,轧制变形区出口侧的剪切应力急剧上升,对结合界面造成一定的破坏作用,因此复合板的剥离强度随异步速比的增加,呈先上升后迅速下降的变化趋势。     

压下率对不锈钢复合板制备的影响规律

复合界面结合状态直接影响复合板整体质量,界面结合性为复合板质量评价的主要性能指标。为制定保证复合板界面实现良好结合的合理压下率,采用有限元软件ANSYS对压下率10%、30%、50%下的Q345R低合金钢/316L不锈钢复合板真空热轧复合成形过程进行了模拟,并对不同压下率下复合板厚度方向上的应力场、应变场的分布规律进行了分析,实现不同压下率下复合板界面结合性判定,制定合理压下规程,并进行试验验证。结果表明,当压下率10%时,复合板界面结合处变形不稳定,无法实现良好的结合;随着压下率增大,复合板界面结合状态渐好;当压下率50%时,复合板界面结合处应力比较均匀,变形稳定,应变分布均匀,变形协调性较好,能够实现良好的界面结合。     

退火温度对铸轧成形宽幅层状铜-铝复合板界面组织及力学性能的影响

采用铸轧法获得宽幅层状铜-铝复合板,并研究了不同退火温度对铜-铝复合板界面组织和力学性能影响,探讨了界面金属间化合物作用机理,结果表明:退火温度越高,界面扩散越明显,金属间化合物越多;铜基体界面处率先生成Cu_9Al_4,铝基体界面处率先生成CuAl_2,随着铜、铝元素扩散会有CuAl生成;界面层硬度高于其它位置,由于基体软化和金属间化合物的共同作用;300℃退火铜-铝复合板界面组织和力学能性能最佳,扩散层厚度13.63μm左右,抗拉强度101.9 MPa,伸长率32.0%。