论文部分内容阅读
层状金属复合材料是将物理、化学和力学性能不同的两种或者两种以上金属组元,利用复合工艺使其在界面处形成牢固结合而形成的新型结构和功能材料,兼具有各组元金属的优异性能,被广泛应用于航空航天、电子电力、海洋工程和汽车等领域。 本文以因瓦合金板/铜固-液双金属复合机理为研究对象,基于固-液双金属的铸造复合工艺和铸轧复合工艺,进行实验方案设计,实现因瓦合金和铜的复合,并对其复合界面进行组织观察及力学性能测试。 为探究因瓦合金带/铜固-液复合成形工艺,在浇注1200℃的工况下,成功制备了因瓦合金/铜复合板。将制备复合板进行退火处理后,对复合界面进行 SEM和 EDS扫描分析,研究退火温度和保温时间对复合界面的影响,研究结果表明:退火温度分别为600℃,700℃和800℃,保温2h的条件下,界面扩散层厚度分别为0.5μm,0.7μm和0.9μm;退火温度为800℃时,保温时间为0.5h,1h和2h分别对应的扩散层厚度为0.5μm,0.8μm和0.9μm,说明一定程度上提高退火温度和延长保温时间有利于界面附近金属原子的相互扩散,增加扩散层厚度。 为了探究因瓦合金/铜复合带固-液铸轧复合成形工艺,采用Fluent软件建立了稳态铸轧过程中的二维热-流耦合模型,研究铸轧速度、因瓦合金带预热温度、因瓦合金带厚度、铜液浇注温度等参数对铸轧过程温度场和流场分布规律。结果表明,当其他条件一定时,在一定范围内,适当加快铸轧速度,提高因瓦合金带预热温度,增加因瓦合金带厚度,有利于复合界面温度的提高,能够改善Kiss点的偏移,适当提高铜液浇注温度,可改善熔池内金属的流动情况。 在数值模拟的基础上,开展了因瓦合金/铜复合板固-液铸轧复合成形工艺研究,在轧辊速度2m/min,铜液浇注温度1170℃,熔池高度30mm,因瓦合金带厚度0.6mm,初始因瓦合金带温度为室温的工艺条件,成功制备出厚度为3mm的因瓦合金/铜复合板。拉伸、弯曲及剥离等力学性能测试试验结果表明,铸轧态复合板拉伸强度为250MPa,平均剥离强度为13.85N/mm,在800℃保温1h退火态复合板平均剥离强度达42.31N/mm,对界面撕裂断口进行SEM和EDS分析,断口韧窝明显,断裂位置主要发生在铜基体。所制备的因瓦合金/铜复合板带界面结合质量良好,具有良好力学协同性。 为了探究因瓦合金/铜复合铸轧板成形机理,利用急停法截取了固-液铸轧复合区内试样,对其界面进行了SEM和EDS分析,结果表明:温度和压力是影响界面复合质量的两大关键因素,在Kiss点以上区域,铜金属熔体与因瓦合金带表面接触传热并凝固涂覆于因瓦合金带表面,形成了初步的物理结合状态,因瓦合金和铜在高温驱动下相互扩散,形成2μm厚的扩散层,而后在持续压下变形作用下被减薄至1.6μm。