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cu/al复合板双辊异径铸轧复合过程传热分析与实验研究

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Journal of Central South University 2022年第4期29卷 1133-1146页

作者：黄华贵张俊鹏季策 School of Mechanical Engineering Yanshan UniversityQinhuangdao 066004China National Engineering Research Center for Equipment and Technology of Cold Strip Rolling Yanshan UniversityQinhuangdao 066004China

双辊异径铸轧工艺可提高带材成形性能、表面质量和生产效率。基于Fluent软件对采用双辊异径铸轧工艺制备cu/al复合板过程中非对称传热特性进行数值模拟分析,得到辊速比、铜带厚度及倾角对凝固点位置和温度场的影响,建立传热模型,并探讨... 详细信息

双辊异径铸轧工艺可提高带材成形性能、表面质量和生产效率。基于Fluent软件对采用双辊异径铸轧工艺制备cu/al复合板过程中非对称传热特性进行数值模拟分析,得到辊速比、铜带厚度及倾角对凝固点位置和温度场的影响,建立传热模型,并探讨传热机理。结果表明铜带与铸轧辊是造成非对称传热的主要原因,其中辊速度比可改变熔池中液相区占比,铜带厚度决定了冷却速率及铝带和大铸轧辊间的热阻,小铸轧辊倾角影响熔融铝的冷却时间。此外,获得的不同辊速比时铝带的微观组织结构表明,沿铝带厚度方向剪切应变以及铝液与铜带接触瞬时强冷却使晶粒得到细化。

关键词：双辊异径铸轧 cu/al复合板非对称传热热−流耦合微观组织

波纹轧制制备cu/al复合板的应力分析及显微组织演变

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年第5期33卷 1460-1471页

作者：刘延啸刘元铭王振华刘燕萍王涛黄庆学太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心太原030024 太原理工大学中澳联合研究中心太原030024

建立三维有限元模型,并通过50%压下量的轧制试验验证模型的准确性。从时间角度分析整个波纹轧制过程中金属的流动规律。金属经历的变形可以分为两个阶段:填充阶段和压下阶段。填充阶段应力变化较为复杂,而压下阶段应力变化趋势一致。通... 详细信息

建立三维有限元模型,并通过50%压下量的轧制试验验证模型的准确性。从时间角度分析整个波纹轧制过程中金属的流动规律。金属经历的变形可以分为两个阶段:填充阶段和压下阶段。填充阶段应力变化较为复杂,而压下阶段应力变化趋势一致。通过罗德参数和应力三轴度分析特征位置的应力状态,在开始变形时为两向拉应力一向压应力。采用EBSD技术分析cu板的显微组织演变过程。与原始板材相比,铜板各特征位置晶粒均发生细化,而cu板波谷处晶粒在发生细化后有长大的现象,这是由剧烈塑性变形产生的绝热温升现象造成的。

关键词： cu/al复合板波纹轧制变形行为应力分析显微组织演变

中间退火对cu/al复合板界面结合性能的影响

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热加工工艺 2023年第20期52卷 67-70,75页

作者：裴文乐高翔宇太原科技大学重型机械教育部工程研究中心山西太原030024 太原科技大学机械工程学院山西太原030024

分别采用两道次轧制过程中中间退火和未中间退火两种工艺制备了cu/al复合板,研究了中间退火处理对复合板界面结合性能的影响。研究结果表明,两种工艺条件下制备的复合板界面均牢固结合,但采用中间退火处理工艺更有利于提升轧后cu/al复... 详细信息

分别采用两道次轧制过程中中间退火和未中间退火两种工艺制备了cu/al复合板,研究了中间退火处理对复合板界面结合性能的影响。研究结果表明,两种工艺条件下制备的复合板界面均牢固结合,但采用中间退火处理工艺更有利于提升轧后cu/al复合板的结合强度。其中,采用未中间退火的两道次轧后复合板的剥离强度为28.29 MPa,而采用中间退火工艺的复合板剥离强度则达到了34.05 MPa。这是因为经过中间退火处理后进行二道次轧制制备的复合板界面由冶金结合区和物理结合区共同组成,协同作用强化了界面的结合性能。

关键词： cu/al复合板两道次轧制退火处理结合性能

基于尺寸效应对极薄cu/al复合板微轧制变形行为的影响与数值模拟

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基于尺寸效应对极薄Cu/Al复合板微轧制变形行为的影响与数值模拟

作者：鹿凤麟辽宁科技大学

学位级别：硕士

目前,随着微型机电系统在高精密仪器、航空航天和散热基板等领域的使用范围日益增长,对金属极薄带的性能要求也逐渐增加,铜铝(cu/al)复合板兼具铜、铝金属的优异性能,可以实现铜、铝异种金属的优势互补,弥补单一金属在某一方面的不足,... 详细信息

目前,随着微型机电系统在高精密仪器、航空航天和散热基板等领域的使用范围日益增长,对金属极薄带的性能要求也逐渐增加,铜铝(cu/al)复合板兼具铜、铝金属的优异性能,可以实现铜、铝异种金属的优势互补,弥补单一金属在某一方面的不足,表现出更优良的性能。本文先将纯铜、纯铝极薄板进行退火热处理,研究了尺寸效应对于纯铜、纯铝极薄板显微组织以及力学性能的影响。在实验室微轧机上制备了0.08 mm-0.11mm厚极薄cu/al复合板,采用超景深光学显微镜和扫描电镜等分析测试方法研究了晶粒尺寸和压下率对冷轧极薄cu/al复合板的显微组织、不均匀变形和边裂的影响。应用ABAQUS有限元软件,对微轧制过程中出现的晶粒尺寸效应对不均匀变形行为进行数值模拟。主要研究内容和结果如下:(1)通过退火实验可以发现,随着晶粒尺寸的增大,纯铜极薄板的延伸率与抗拉强度先升高后降低;纯铝极薄板的延伸率和抗拉强度逐渐降低,拉伸试样断口微孔数量均逐渐减少,纯铜极薄板的断裂机制为韧窝开裂和滑移分离的混合断裂的混合断裂;而纯铝极薄板的断裂机制为韧窝-微孔聚集型断裂。(2)由实验室微轧制实验结果可以发现,随着晶粒尺寸的增大,极薄cu/al复合板边部表面变形越来越不均匀,凸起愈发明显;随着压下率的逐渐增大,极薄cu/al复合板边部凸起愈发明显;当晶粒尺寸和压下率保持不变时,随着轧辊与轧件之间粗糙度逐渐增大,极薄cu/al复合板的边部不均匀程度也随之增加。(3)微轧制压下率为60%,当d=12μm、d=24μm时,极薄cu/al复合板开始出现边裂现象,并随着晶粒尺寸的增大,裂纹加深;当d=22μm、d=36μm时,随着压下率的增大,极薄cu/al复合板的边部不均匀性逐渐增加,当压下率增大到50%时开始出现边裂,并随着压下率的增大,裂纹逐渐加深。(4)对轧后极薄cu/al复合板退火处理可以发现,退火后cu/al复合板的晶粒尺寸与轧前晶粒尺寸无明显区别,但晶粒分布更为均匀。随着退火温度的升高,极薄cu/al复合板抗拉强度与延伸率逐渐降低。轧后退火温度从350℃升高到500℃,极薄cu/al复合板的断口机制由延性断裂转为脆性断裂。(5)应用ABAQUS有限元软件数值模拟结果可知,当压下率为60%,随着纯铜、纯铝极薄板晶粒尺寸的增大,极薄cu/al复合板边部凸起愈发明显,极薄cu/al复合板等效应变标准偏差增大,说明极薄复合板的变形不均匀性逐渐升高。

关键词：尺寸效应 cu/al复合板不均匀变形数值模拟微轧制

固溶处理冷却方式对cu/al复合板界面微观组织的影响

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材料导报 2020年第10期34卷 10132-10137页

作者：刘玉洁蒋显全佘欣未王浦全冉洋彭和冉贞德西南大学材料与能源学院重庆400715 重庆市科学技术研究院新材料研究中心重庆401123 西南大学工程技术学院重庆400715 重庆市光学机械研究所重庆401122 重庆齿轮箱有限责任公司重庆402260

利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射等手段研究了冷却方式(水冷、空冷和炉冷)对cu/al复合板界面微观组织的影响,利用显微硬度仪测试了冷却方式对铸轧cu/al复合板力学性能的影响。实验结果表明:铸轧复合板界面形成al2cu、alcu、cu9al4... 详细信息

利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射等手段研究了冷却方式(水冷、空冷和炉冷)对cu/al复合板界面微观组织的影响,利用显微硬度仪测试了冷却方式对铸轧cu/al复合板力学性能的影响。实验结果表明:铸轧复合板界面形成al2cu、alcu、cu9al4、alcu3四种金属间化合物,经500℃×2 h固溶处理后,界面扩散层厚度增加,形成al2cu、alcu、al2cu3、cu9al4、alcu3五种金属间化合物。水冷和空冷界面扩散层产生孔洞,炉冷孔洞基本消失,解释了孔洞形成原因及变化过程,孔洞等缺陷会削弱界面层的结合强度。铸轧复合板界面扩散层厚度小、硬度低;经固溶处理后,界面扩散层厚度和硬度均增加,并随冷却速度的减小,厚度和硬度进一步增加。剥离过程中,铸轧复合板靠近al基体断裂,而经固溶处理后的复合板断裂在界面扩散层。随冷却速度的下降,裂纹扩展能力减弱,过厚的金属间化合物不利于复合板的结合。

关键词： cu/al复合板固溶处理界面扩散金属间化合物空冷炉冷水冷

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浇铸温度对于cu/al复合板界面的影响

有色金属加工 2023年第3期52卷 8-13页

作者：卢山周晨许光明李勇东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

研究不同浇铸温度下cu/al复合板复合界面处化合物层变化及对于剥离强度的影响;确定理想的浇铸温度,得到剥离强度较高的复合界面。结果表明,当熔体压力、铜带厚度、铸轧速度一定时,随着浇铸温度的升高界面处扩散层的厚度逐渐增加,cu带变... 详细信息

研究不同浇铸温度下cu/al复合板复合界面处化合物层变化及对于剥离强度的影响;确定理想的浇铸温度,得到剥离强度较高的复合界面。结果表明,当熔体压力、铜带厚度、铸轧速度一定时,随着浇铸温度的升高界面处扩散层的厚度逐渐增加,cu带变形量逐渐降低,界面剥离强度降低。当浇铸温度为700℃时,界面扩散层为2.4μm,界面化合物厚度为0.3μm,剥离强度为36.5N/mm。

关键词： cu/al复合板浇铸温度界面化合物层剥离强度

机械表面处理对冷轧cu/al复合板结合过程和结合强度的影响

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塑性工程学报 2021年第1期28卷 14-21页

作者：牛辉锅渺贾燚韩建超郭继保王涛太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心山西太原030024 太原理工大学中澳联合研究中心山西太原030024 太原通泽重工有限公司山西太原030024

研究了机械表面处理(钢丝刷)对冷轧cu/al复合板结合过程和结合性能的影响。在冷轧复合工艺之前,对铜板和铝板的原始表面进行不同打磨方向的机械表面处理,分别为平行轧制方向打磨、垂直轧制方向打磨和90°交叉打磨。通过形貌观察,发现机... 详细信息

研究了机械表面处理(钢丝刷)对冷轧cu/al复合板结合过程和结合性能的影响。在冷轧复合工艺之前,对铜板和铝板的原始表面进行不同打磨方向的机械表面处理,分别为平行轧制方向打磨、垂直轧制方向打磨和90°交叉打磨。通过形貌观察,发现机械打磨后的铝板和铜板表面形成条带状脆性/硬化层,其方向与打磨方向一致。平行轧制方向打磨后铜板的表面粗糙度最高,表面形貌和粗糙度是影响复合板结合强度的重要因素。通过轧卡试验研究了冷轧cu/al复合板的结合过程,对比分析了复合板的结合性能。结果表明,平行轧制方向打磨制得的复合板剪切强度最高,打磨方向与轧制方向一致对复合板的结合有促进作用,粗糙度越高,复合板结合强度越高。

关键词： cu/al复合板机械表面处理结合过程结合强度

冷轧压下率对cu/al复合板界面和性能的影响

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河南科技大学学报（自然科学版） 2015年第1期36卷 9-12,4-5页

作者：张衡谢敬佩尚郑平王项孙浩亮河南科技大学材料科学与工程学院河南洛阳471023 洛阳铜一金属材料发展有限公司河南洛阳471100

研究了不同冷轧压下率对铸轧法制备的cu/al复合板材界面微观组织和力学性能的影响。研究结果表明:冷轧过程中压下率过大时界面层会发生断裂而破碎,进而影响复合材料性能。冷轧压下率从29%逐渐增加到57%时,界面层的破碎程度逐渐加重,复... 详细信息

研究了不同冷轧压下率对铸轧法制备的cu/al复合板材界面微观组织和力学性能的影响。研究结果表明:冷轧过程中压下率过大时界面层会发生断裂而破碎,进而影响复合材料性能。冷轧压下率从29%逐渐增加到57%时,界面层的破碎程度逐渐加重,复合板抗拉强度逐渐增大,延伸率则随之下降,同时剥离强度先迅速减弱后缓慢增强。当冷轧压下率达到57%时,界面扩散层被严重破坏,形成大量纯铜和纯铝直接接触、无明显扩散的结合界面,铜铝复合板主要靠机械咬合力结合。

关键词： cu/al复合板冷轧压下率界面层剥离强度

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波纹辊轧制cu/al复合板抗弯性能研究

波纹辊轧制Cu/Al复合板抗弯性能研究

作者：马啸昌太原理工大学

学位级别：硕士

cu/al复合板兼具金属铜良好的导电、导热性和金属铝的耐腐蚀、价格低廉等优势,在电力电子、通讯、建筑及光伏新能源等领域得到了广泛的应用。传统方法制备的cu/al复合板板形差、残余应力大,并且不能满足一些领域对其高抗弯性能的要求。... 详细信息

cu/al复合板兼具金属铜良好的导电、导热性和金属铝的耐腐蚀、价格低廉等优势,在电力电子、通讯、建筑及光伏新能源等领域得到了广泛的应用。传统方法制备的cu/al复合板板形差、残余应力大,并且不能满足一些领域对其高抗弯性能的要求。因此,研究新型轧制方法和工艺、制备出抗弯性能突出的cu/al复合板具有重要意义。本文采用波纹辊轧制方法制备cu/al复合板,通过理论分析、数值计算、轧制实验和性能测试等手段的结合,着重对抗弯性能进行了深入研究,具体进展包括:（1）从材料力学角度,分析截面形状对复合板抗弯性能的影响,研究了形心、静矩、惯性矩和抗弯刚度等参量;计算复合板弹性模量、平轧和波纹轧复合板的抗弯刚度;阐述了波纹辊波纹曲线振幅和角频率对复合板抗弯刚度的影响,以抗弯刚度为评价指标确定波纹辊结构参数的取值范围。（2）选取辊形参数并建立波纹辊轧制cu/al复合板二维模型,利用ABAQUS有限元分析软件进行波纹轧和平轧轧制过程的数值模拟,对轧后cu/al复合板的翘曲程度进行量化计算,分析波纹辊轧制工艺压下率、轧辊辊形曲线振幅和轧辊辊形曲线波长对轧后板形翘曲的影响,基于模拟结果总结出保证板形质量的波纹辊参数选取原则。（3）依据理论计算和数值模拟结果,研制出波纹辊并对轧后cu/al复合板板形进行观察,证明有限元数值模拟结果准确;经过对轧后cu/al复合板的抗弯性能、剥离强度的测试以及对剥离面的电镜观察,发现轧辊波纹曲线波长对轧后cu/al复合板抗弯性能的影响要弱于轧辊波纹曲线振幅的影响,振幅的增大会使得抗弯性能明显提高。本论文的研究成果表明,波纹辊轧制工艺可制备出抗弯性能良好、板形平直和结合强度较高的cu/al复合板。

关键词： cu/al复合板波纹辊轧制辊形参数抗弯性能剥离强度