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Multi-scale Simulation on Bonding Mechanism of Solid-Liquid Cast-Rolling of cu/al Cladding Strip based on FEM and MD

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Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science) 2019年第4期34卷 830-839页

作者： YAN Meng HUANG Huagui National Engineering Research Center for Equipment and Technology of Cold Strip Rolling Yanshan University

To explore the complex thermal-mechanical-chemical behavior in the solid-liquid cast-roll bonding(SLCRB) of cu/al cladding strip, numerical simulations were conducted from both macro and micro scales. In macro-scale, with birth and death element method, a thermo-mechanical coupled finite element model(FEM) was set up to explore the temperature and contact pressure distribution at the cu/al bonding interface in the SLCRB process. Taking these macro-scale simulation results as boundary conditions, we simulated the atom diffusion law of the bonding interface by molecular dynamics(MD) in micro-scale. The results indicate that the temperature in cu/al bonding interface deceases from 700 to 320 ℃ from the entrance to the exit of caster, and the peak of contact pressure reaches up to 140 MPa. The interfacial diffusion thickness depends on temperature and rolling reduction, higher temperature results in larger thickness, and the rolling reduction below kiss point leads to significant elongation deformation of cladding strip which yields more newborn interface with fresh metal and make the diffusion layer thinner. The surface roughness of cu strip was found to be benefit to atoms diffusion in the cu/al bonding interface. Meanwhile, combined with the SEM-EDS observation on the microstructure and composition in the bonding interface of the experimental samples acquired from the castrolling bite, it is revealed that the rolling reduction and severe elongation deformation in the solid-solid contact zone below kiss point guarantee the satisfactory metallurgical bonding with thin and smooth diffusion layer. The bonding mechanisms of reactive diffusion, mechanical interlocking and crack bonding are proved to coexist in the SLCRB process.

关键词： cu/al cladding strip solid-liquid cast-roll bonding (SLCRB) bonding mechanism finite element method (FEM) molecular dynamics (MD)

cu/al固液连接界面组织演化的定量分析（英文）

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稀有金属材料与工程 2018年第4期47卷 1037-1042页

作者：王婵梁淑华邹军涛姜伊辉杨卿西安理工大学陕西西安710048 陕西省电工材料与熔(浸)渗技术重点实验室陕西西安710048

采用固-液法快冷成型制备了cu/al整体材料。利用SEM,EDS,XRD等分析了cu/al界面的微观结构和相组成,基于扩散方程并结合相图定量分析了cu/al界面组织演化过程。结果表明:从cu侧至al侧,界面依次形成了区域Ⅰ(alcu+al_2cu)混合组织,过共晶... 详细信息

采用固-液法快冷成型制备了cu/al整体材料。利用SEM,EDS,XRD等分析了cu/al界面的微观结构和相组成,基于扩散方程并结合相图定量分析了cu/al界面组织演化过程。结果表明:从cu侧至al侧,界面依次形成了区域Ⅰ(alcu+al_2cu)混合组织,过共晶组织[al_2cu+(al_2cu+α-al)]的区域Ⅱ和亚共晶组织[α-al+(al_2cu+α-al)]的区域Ⅲ;随着界面cu浓度的变化,al_2cu相具有不同形貌;且各个区域厚度同理论值基本一致。

关键词： cu/al 固液界面扩散方程组织演化

Formation of intermetallic compounds of cu/al multilayer foils during cold rolling

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Science China Materials 2015年第7期58卷 574-583页

作者：于庆波刘相华孙莹 Research Institute of Science and Technology Northeastern University Mechanical and Electronic Engineering College Xuzhou Institute of Technology

In metallurgical theory, the generation of new phases requires high temperature diffusion over a long period of time. Here, we report an experimental study of the generation of new phases using large mechanical deformations and high pressure, rather than heat. A 4.83-mm-thick 23-layered cu/al sandwich strip was formed by cold rolling. When the cu/al sandwich was further rolled to a 0.13-mm- thick foil on a four-high micro-foil mini mill at room temperature, some rectangular-shaped phases appeared at the cu/al interfaces. The scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and X-ray diffraction analyses reveal that the phases are a mixture of al2cu/al cu/al4cu9, which indicates that chemical reactions occur at the cu/al interfaces during cold deformation. This study provides new insights into the design and development of composite materials for various applications.

关键词： al Ni ARB cu/al 金属间化合物金属互化物 SAED TEM

cu/al合金异种材料复合管电阻压焊接头连接特性分析

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热加工工艺 2010年第7期39卷 115-116,119页

作者：罗乾湖南华菱集团涟源钢铁股份有限公司湖南娄底417009

利用电阻压焊进行cu/al合金异种材料复合管的焊接试验,分析了接头微观组织与界面主要元素的分布特征。结果表明,接头中cu元素大量扩散溶入al基体中,形成有害的cual2金属间化合物,但是,电阻压焊过程中外加顶锻力使结合区产生剧烈塑性变形... 详细信息

利用电阻压焊进行cu/al合金异种材料复合管的焊接试验,分析了接头微观组织与界面主要元素的分布特征。结果表明,接头中cu元素大量扩散溶入al基体中,形成有害的cual2金属间化合物,但是,电阻压焊过程中外加顶锻力使结合区产生剧烈塑性变形,能破碎粗大cual2金属间化合物并细化接头熔合区晶粒,有利于改善接头的结合性能,获得优质焊接接头。

关键词： cu/al 电阻压焊 cual2 塑性变形

微机控制钎焊cu/al焊接接头的组织与性能

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特种铸造及有色合金 2015年第10期35卷 1033-1036页

作者：谢剑胡俊蒋浩丰南京交通职业技术学院

采用微机控制固定间隙超声波辅助汽车零部件焊接中cu/al异质金属的钎焊工艺,在钎焊温度为380、420和460℃时制备cu/Zn-3al/al钎焊接头,观察了不同温度超声钎焊时接头的显微组织与力学性能变化。结果表明,当钎焊温度为380℃时,钎缝层由Zn... 详细信息

采用微机控制固定间隙超声波辅助汽车零部件焊接中cu/al异质金属的钎焊工艺,在钎焊温度为380、420和460℃时制备cu/Zn-3al/al钎焊接头,观察了不同温度超声钎焊时接头的显微组织与力学性能变化。结果表明,当钎焊温度为380℃时,钎缝层由Zn-al共晶、α-al树枝状晶和cuZn5相组成;当钎焊温度为420和460℃时,发现钎缝层由α-al树枝晶、cuZn5相和al4.2cu3.2Zn0.7相组成;在钎焊温度为420℃时,金属间化合物层厚度为1.9μm,扩散层厚度为1.3μm,整个界面层厚度为3种钎焊温度下的最低值,此时钎焊接头的抗拉强度最大。

关键词：微机控制钎焊 cu/al 组织力学性能

PLC控制钎焊cu/al焊接接头的组织与性能研究

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热加工工艺 2016年第7期45卷 55-58,62页

作者：王晓蓉麻桃花内蒙古机电职业技术学院内蒙古呼和浩特010070

采用PLC控制固定间隙超声波辅助cu/al异质金属的钎焊工艺,在钎焊温度为380、420和460℃下制备al/Zn-3al/cu钎焊接头,观察了不同温度超声钎焊时接头的显微组织与力学性能变化。结果表明,当钎焊温度为380℃时,钎缝层由Zn-al共晶、α-al树... 详细信息

采用PLC控制固定间隙超声波辅助cu/al异质金属的钎焊工艺,在钎焊温度为380、420和460℃下制备al/Zn-3al/cu钎焊接头,观察了不同温度超声钎焊时接头的显微组织与力学性能变化。结果表明,当钎焊温度为380℃时,钎缝层由Zn-al共晶、α-al树枝状晶和cuZn_5相组成;当钎焊温度为420和460℃时,钎缝层由α-al树枝状晶、cuZn_5相和al_(4.2)cu_(3.2)Zn_(0.7)相组成;在钎焊温度为420℃时,金属间化合物层厚度为1.9μm,扩散层厚度1.3μm,整个界面层厚度为三种钎焊温度下的最低值,此时取得钎焊接头抗拉强度最大值。

关键词： PLC控制钎焊 cu/al 组织力学性能

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水平连续铸造技术制备cu/al复层圆铸坯

水平连续铸造技术制备Cu/Al复层圆铸坯

2014中国铸造活动周

作者：接金川付莹陈航王同敏曹志强李廷举大连理工大学材料学院

目前复层材料由于其突出的优点在工业应用中越来越重要。本文自行设计石墨结晶器、浇注系统、引锭头等装置,成功制备直径为88 mm的铜包铝层状复合铸坯。对铜包铝铸坯界面的组织结构、元素分布以及界面结合强度等情况进行了研究。试验结... 详细信息

目前复层材料由于其突出的优点在工业应用中越来越重要。本文自行设计石墨结晶器、浇注系统、引锭头等装置,成功制备直径为88 mm的铜包铝层状复合铸坯。对铜包铝铸坯界面的组织结构、元素分布以及界面结合强度等情况进行了研究。试验结果表明:通过水平连续铸造技术所制得的铜包铝层状复合铸锭界面结合良好,没有明显的铸造缺陷。在铜一侧首先生成al cu相,al cu层厚度约为10μm,然后有大量的al2cu相生成,整个金属间化合物过渡层厚度约为200μm。

关键词：层状复合材料连续铸造 cu/al 凝固

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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金属复合管强力旋压工艺研究

金属复合管强力旋压工艺研究

作者：潘毓滨哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来，综合性能优异的双金属复合管在输送管道、热交换器管道和医疗器械管等领域得到了广泛应用。金属复合管的加工工艺多种多样，但各种工艺都有一定的适用范围。强力旋压工艺作为一种低成本、低载荷、高效率的塑性加工工艺，在制备... 详细信息

近年来，综合性能优异的双金属复合管在输送管道、热交换器管道和医疗器械管等领域得到了广泛应用。金属复合管的加工工艺多种多样，但各种工艺都有一定的适用范围。强力旋压工艺作为一种低成本、低载荷、高效率的塑性加工工艺，在制备高性能要求的双金属复合管方面具有巨大潜力。然而，目前关于双层金属复合旋压成形的的理论和工艺研究较少，难以对金属复合管的成形工艺提供有效指导。本文采用有限元模拟、理论和实验研究相结合的方法研究了金属复合管的旋压工艺。首先对单层管强力旋压过程进行了分析，研究了正旋和反旋两种工艺中金属的变形特点;分析对比了双层金属复合管的正旋和反旋工艺，认为正旋工艺更适合于制备金属复合管;通过对接触区不同区域金属界面的受力分析，结合固相结合理论，分析了旋压过程对金属界面结合的影响;初步选择了实验材料，测试分析了实验材料的力学性能。采用ABAQUS有限元软件模拟了单层管的强力旋压过程，分析了单层管中金属的变形特点和不同工艺参数对其成形效果的影响;模拟了al/al复合管坯的装配过程，分析计算得到了管坯双层金属界面上的径向正压力;模拟了al/al复合管的强力旋压过程，分析了复合管旋压过程中存在的变形不协调和界面结合差的问题，进一步研究了实验温度、减薄率和管坯界面间正压力大小对零件成形性能的影响。通过实验研究了al/al复合管的旋压工艺，分析了实验温度、减薄率和坯料壁厚对复合管成形效果的影响;进一步研究了al/al复合管的多道次旋压工艺，分析了低温长时间退火对复合管成形效果的影响;通过观察金属界面的微观形貌，分析了旋压过程中金属界面的变形机制;通过金相试验，研究了金属变形前后组织的变化。采用了5组实验方案进行cu/al复合管的旋压实验，实验过程中采用了红外热成像仪对坯料和模具温度进行实时监控;根据实验结果，分析了内外金属的变形协调性和界面结合情况;通过力学性能测试、对比了各方案cu/al复合管的界面结合强度;通过对双金属界面微观形貌的观察，从结构上分析了引起界面结合强度差别的原因。

关键词：金属复合管旋管旋压结合有限元分析 cu/al