波纹轧制制备Cu/Al复合板的应力分析及显微组织演变

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。

中间退火对Cu/Al复合板界面结合性能的影响

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。

浇铸温度对于Cu/Al复合板界面的影响

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。

冷轧压下率对Cu/Al复合板界面和性能的影响

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。

固溶处理冷却方式对Cu/Al复合板界面微观组织的影响

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。

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

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。

Cu/Al复合板双辊异径铸轧复合过程传热分析与实验研究

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。

Cu/Al层厚比对波纹辊轧制Cu/Al复合板变形行为和结合性能的影响

本工作通过抗剪切强度测试、剪切断面显微观察和有限元仿真等手段对不同Cu/Al层厚比下波纹辊轧制(CRB)Cu/Al复合板的金属的变形行为和界面结合性能进行了研究。结果发现,CRB过程中界面处形成了局部强正应力和多个“搓轧区”,促进了复合板的塑性变形和界面结合。增大Cu/Al层厚比可提升Cu层的变形率和波谷界面处的正应力,有利于降低Cu/Al复合板的翘曲程度,并增强界面的整体结合性能。当层厚比从2:10增加到2:4时,界面抗剪切强度从40.39MPa上升到47.24 MPa,但界面抗剪切强度的波动逐渐增大。

电磁场对水平双辊铸轧Ti/Al/Cu复合板界面结合强度的影响

利用水平双辊铸轧技术制备Ti/Al/Cu复合板,通过在铸轧过程中施加脉冲电场和电磁振荡场,研究不同外场对铸轧复合板界面结合强度的影响。结果表明:电磁场对铸轧过程的稳定性没有影响。施加脉冲电场和电磁振荡场后,Ti/Al界面和Cu/Al界面的扩散层厚度增加,界面结合强度显著提高。施加电磁振荡场后,在铸轧区的液穴内产生交变的电磁体积力。在电磁体积力的作用下,铝熔体内部产生震荡效应并对金属带表面进行冲刷,使金属带表面新形成的晶核脱离。此外,震荡效应使得金属带与铝熔体接触处的温度梯度降低,凝固速度减慢从而延长固-液接触时间。这些作用使得熔体在金属带表面铺展湿润更加充分,促进了原子间的互扩散,从而产生了更多的冶金结合区域并增大了冶金结合的强度。

Cu/Al双辊异温铸轧复合界面局部熔合机理

以传统双辊铸轧工艺为基础,采用金属熔体触辊凝固制备Cu、Al带坯并轧制复合,利用高温Cu带与Al带强压接触传热及其产生的Al带表面浅层熔化现象,提出一种基于界面"局部熔合"的Cu/Al双辊异温铸轧复合工艺。利用非线性热-力耦合有限元方法,数值模拟分析了Cu带和Al带初始温度Tc和Ta、层厚比K、压下率ε对Cu/Al复合界面接触换热与温度分布的影响规律,给出了实现界面"局部熔合"的工艺条件。在自制的物理模拟装置上进行Cu/Al异温压力复合实验,并通过界面的SEM、EDS分析,验证了Cu/Al界面"局部熔合"的工艺条件,揭示了Cu-Al二元合金反应扩散是"局部熔合"作用下Cu/Al界面冶金结合的主要机制。

轧制复合电缆用Cu/Al复合材料变形规律研究

采用三步法复合工艺制备了电缆用Cu/Al复合板,分析了冷轧复合过程中Cu/Al复合板变形区的特点,研究了Cu层与Al层厚度比为1:4时各组元压下率与总压下率的关系。将Cu/Al双金属变形区分为3个区,建立了基于原始坯料层厚比条件下的轧制复合Cu/Al复合板厚度模型。

退火温度对铜/铝复合板剥离性能的影响

采用异步轧制方法制备铜/铝复合板,用电子万能试样机、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)等分析测试手段,研究扩散退火对于铜/铝复合板结合强度、剥离裂纹位置及剥离断口化学成分的影响.研究发现,扩散退火使复合板结合强度降低,扩散层厚度随退火温度的提高而增大.复合板经350℃保温2h后,在铜/铝界面形成厚7.31μm的扩散层,经500℃保温2h后,形成厚15.53μm扩散层.退火态铜/铝复合板剥离裂纹位于靠近扩散层中间的富铝层,剥离断裂处的金属间化合物为CuAl和CuAl2.退火时形成的脆性金属间化合物以及轧制过程中形成的裂纹及未结合区是造成结合强度降低的主要原因.铜/铝轧制复合板宜采用低于350℃温度进行退火.

退火温度对铜/铝/铜复合板结合性能的影响

采用冷轧复合法制备Cu/Al/Cu 3层复合板,研究不同退火温度对Cu/Al/Cu复合板结合性能的影响。采用光学显微镜(OM)及扫描电镜(SEM)观察界面过渡层的微观组织形貌,采用EDX分析界面物相成分,采用室温拉伸实验检测结合界面的结合强度。结果表明,退火温度越高,界面扩散层越明显,扩散层厚度越大,增长的速度越快;随着温度升高,复合界面处生成金属间化合物Cu_9Al_4、CuAl_2和CuAl。退火温度达到550℃时,界面层还会生成Cu_4Al_3和Cu_3Al_2。界面的结合强度随着退火温度的升高先上升后下降,最后趋于稳定。冷轧复合法制备的Cu/Al/Cu复合板最佳退火温度为350℃。

铜/铝冷轧复合板剥离性能及界面摩擦分析

采用同步轧制方法制备铜/铝复合板,研究了轧制变形量对于铜/铝复合板结合强度和剥离表面形貌的影响,分析了轧制复合界面摩擦机理。研究结果表明,复合板结合强度、剥离表面粘铝、铜基体表面裂纹数都随着轧制变形量的增大而增大。变形量为50%时,结合强度为2 N/mm,变形量为60%时,结合强度为7 N/mm,变形量为70%时,结合强度为14 N/mm。轧制过程中,新鲜金属从结合面裂纹中挤压出来,受界面摩擦力剪切作用,两新鲜金属搓合在一起形成良好结合。