cual复合板单机双流铸轧复合界面多尺度模拟与实验研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目Cu/Al复合板单机双流铸轧复合界面多尺度模拟与实验研究作者姓名叶丽芬学位类别工程硕士指导教师黄华贵教授2015年5月-I-中图分类号：TG339学校代码：10216UDC：621.9密级：公开工程硕士学位论文（工程设计型）Cu/Al复合板单机双流铸轧复合界面多尺度模拟与实验研究硕士研究生：叶丽芬导师：黄华贵教授副导师唐伟高级工程师申请学位：工程硕士工程领域：机械工程所属学院：机械工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：燕山大学-II-ADissertationinMechanicalEngine

2、eringMULTI-SCALESIMULATIONANDEXPERIMENTRESEARCHOFCu/AlCLADDINGSTRIPBONDINGINTERFACEINSINGLEFACILITY-DOUBLEFLOWCAST-ROLLINGPROCESSbyYeLifenSupervisor:ProfessorHuangHuaguiYanshanUniversityMay,2015-III-燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《Cu/Al复合板单机双流铸轧复合界面多尺度模拟与实验研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学

3、位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《Cu/Al复合板单机双流铸轧复合界面多尺度模拟与实验研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。

4、本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日-IV-摘要我国铜的资源严重匮乏，对外依存度高达75%，而铝的资源相对丰富且电解铝产能严重过剩，“以铝代铜”已成为我国铜资源可持续利用和化解国内过剩的电解铝产能的重要途径，铜铝层状复合材料制备工艺及装备研发因此受到了极大关注，并已成为电力传输和热能传导等领域的发展新趋势。本课题在传统双辊铸轧机的基础上，将快速凝固与轧制复合技术相结合，提出一种单机

5、双流铸轧复合工艺，通过在主铸轧辊旁边分别增设辅助铸轧辊，形成单金属异径铸轧和双金属轧制复合两个阶段，具有短流程、基/复材厚度与温度精确可控等优点。为揭示Cu/Al界面冶金结合的微观机理和复合条件，将热-力耦合有限元方法、分子动力学模拟以及自主研制的异温压力复合实验装置相结合，开展Cu/Al复合板铸轧复合界面多尺度模拟与实验研究，为单机双流铸轧复合设备研制和新工艺的实施提供理论依据。宏观尺度上，基于MSC.MARC平台及其二次开发，分别建立了铜带和铝带单金属异径铸轧的热-变形耦合有限元模型，利用生死单元法实现了单金属连续动态铸轧过程，获得金属液浇注温度、铸轧速度对

6、轧制复合区带坯入口温度的影响规律。在此基础上，建立Cu/Al轧制复合的热-力耦合有限元模型，获得了复合带坯界面处温度和应力分布，通过变参数模拟，分析了铜带和铝带初始温度T和T、压下率对caCu/Al复合界面接触换热与温度/应力分布的影响规律。结果表明，由于铜铝熔点差异较大，在工艺条件适合的工况下，高温铜带与低熔点铝带在轧制复合区内受强压接触传热并在铝带表面出现浅层熔化现象，形成Cu/Al界面固-液复合效果。本文给出了实现界面“局部熔合”的工艺条件，研究结果可用于普通异温轧制复合。微观尺度上，以有限元模拟获得的复合界面宏观温度和压力为边界条件，建立了Cu/Al异

7、温轧制复合界面扩散过程的分子动力学模拟模型，研究不同体系温度和压力下界面处原子的扩散动力学、热力学行为。结果表明，扩散主要是界面附近的铜原子向铝原子一侧扩散，主要扩散机制为空位扩散。升温和加压均能促进扩散，同时促使结构向无定形态转变。扩散层厚度随压力增大上升趋势逐渐减小，原子扩散行为受温度影响更大，当温度较低时，原子几乎不发生扩散，增大压力对界面扩散的作用效果并不明显，当温度较高时，不施加压力的情况下，原子扩散仍非常剧烈，当体系温度高于铝的熔点时，扩散层厚度突增，进一步验证了固-液扩散速率远大于固-固扩散速率。-V-为进一步研究和验证Cu/Al界面复合机理，在自

8、主研制的物理模拟装置上开