钢-Al-5Gr复合板半固态铸轧成形与后处理研究

发布时间：2020-05-16 12:20

【摘要】：钢背铝石墨复合板兼具钢的高强度、高刚度和铝石墨材料导热快、质量轻的特点,是一种理想的新型轴瓦材料,其需求领域遍布民用和军工行业。为了进一步提高钢背铝石墨复合板的界面结合性能,本文对其开展了半固态铸轧成形与后处理研究,具体研究工作如下:在Al-5Gr半固态浆料的制备研究中,利用机械电磁复合搅拌技术制备了石墨颗粒分布均匀的Al-5Gr半固态浆料,得到了固相率对石墨颗粒分布的影响规律。在钢-Al-5Gr半固态铸轧成形研究中,首先进行了热流耦合数值模拟,初步确定了半固态铸轧工艺参数的范围;然后以该范围作为参考开展了钢-Al-5Gr半固态铸轧复合研究:①开展了半固态铸轧复合界面力学性能研究,得到了固相率、铸轧速度、钢板预热温度与复合板界面结合强度的关系;②开展了半固态铸轧复合界面组织结构研究,确定了半固态复合界面的构成,提出了复合板界面结构形成机理;③基于响应面近似模型和模拟退火算法,优化了半固态铸轧复合成形工艺,得到了复合板界面力学性能最好的条件。在钢-Al-5Gr半固态铸轧复合板的去应力后处理研究中,首先利用弹塑性有限元方法对复合板的小变形轧制处理进行数值模拟,初步确定了压下率的合理范围;然后以该范围作为参考开展了钢-Al-5Gr半固态铸轧复合板的小变形轧制后处理研究,明确了压下率与复合板界面剪切强度的关系,得到了界面剪切强度最大的小变形轧制后处理工艺条件。本研究采用半固态复合模式,得到了铁铝化合物与铁铝固溶体交替构成的新型界面结构,消除了铁铝化合物厚层对界面的脆化作用。采用小变形轧制处理,消除了界面残余应力,进一步提高了界面力学性能,为提升钢背铝石墨复合板成形质量提供了一条行之有效的途径,为扩大钢背铝石墨复合板在各经济领域中的应用奠定了基础。
【图文】：

轧制复合法被欧洲、日本和美国等国广泛应用在军事和工业的复合材料制作中。逡逑轧制复合法是将钢板与铝合金板一同送入轧机，，利用轧辊施加的压力，达到逡逑钢板与铝合金覆层结合、形成复合板的目的。轧制复合法的工作原理如图１－２所示。逡逑大量的实验和理论研究表明［７＿［９］，轧制复合法的作用原理是基于裂口机制．？利用逡逑轧机的强大压力作用造成基材和覆层金属的塑性变形，使得金属表层的复合面破逡逑裂，破裂而出的活化的金属相互接触逐渐结合，然后通过后续的热处理使得结合逡逑面扩大，界面结合更为牢固。此外，由于异种金属变形抗力、热膨胀系数等参数逡逑的不匹配，轧制复合过程中会产生残余应力，也需要通过热处理来消除。一般来逡逑讲，轧制复合的整体工艺流程由“表面预处理”、“轧制复合”、“扩散退火”逡逑三部分组成。逡逑澊含金板逡逑轧机逡逑钢板＊合板收卷机逡逑图１－２轧制复合示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｒｏｌｌ邋ｂｏｎｄｉｎｇ邋ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ逡逑以金属学的观点可以将轧制复合分为热轧和冷轧，低于再结晶温度的轧制为逡逑冷轧

（２）爆炸复合法逡逑该方法利用炸药在轰爆瞬间引发的高能脉冲力，压迫基材和复合材料相互撞逡逑击，在高温高压条件下实现金属的结合，详见图１－３。最早有文献记录的爆炸复合逡逑实验是于１９４４年由美国的ＣａｒｌＬ．邋Ｒ．邋［１８】完成的。１９５７年，美国的Ｐｈｉｌｉｐｃｂｕｋ成功逡逑实现了该方法的工业化应用，并申请了相关专利［１９］。此后，英国、前苏联、德国、逡逑曰本等国家相继对其展开研究。爆炸复合技术投入工业应用并迅速发展，．１９世纪逡逑７０年代初，美国爆炸复合材料己接近年产５万吨，到９０年代，年产量已超过百万逡逑吨。逡逑丨…，丨炸药逡逑．邋■邋１邋：、邋：一逡逑图１－３爆炸复合示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ邋ｂｏｎｄｉｎｇ逡逑我国对爆炸复合法的研究起步于１９世纪中期，并在上世纪中后期趋于成熟。逡逑目前对爆炸复合的相关研究主要集中在瞬时高温高压对复合成形的作用机理和复逡逑合界面的形成机理等方面［２Ｑ］［２１］［２２］。逡逑在爆炸引发的高压脉冲载荷作用下，基板和覆板内表面金属瞬间形成射流，逡逑形成与爆炸冲击波阵面形状一致的正弦波形结构
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG335.9

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