铜包铝线铸造-冷挤压成形工艺研究及微观组织分析

摘要

双金属复合导线是集两种性能不同的金属于一体的新型导线材料。由于高频信号电流“趋肤效应”的特性，铜包铝线材不仅具有高的信号传输特性，而且具有重量轻、强度高和生产成本低等优点，特别能大量节约铜资源。本文创造性的提出通过设计不同异形截面形状的铜管，采用铸造-冷挤压工艺来制备铜包铝线，以提高铜包铝线的冶金结合性能。并通过有限元模拟与试验相结合的手段对成形工艺过程、成形过程中的受力情况及成形后的微观组织等进行了详细的研究。
　　论文制定了铜包铝线成形的铸造-冷挤压成形工艺，提出了圆弧形槽、U形槽、T型槽等槽形铜管设计形式，并对其尺寸结构进行了设计。在此基础上，通过计算各种挤压参数，设计了挤压成形模具。
　　采用DEFORM有限元分析软件，对铜包铝线坯料的冷挤压工艺进行了有限元数值模拟，建立了双金属材料挤压过程中的变形分区模型，分析了变形过程中各区的应力应变情况，验证了冷挤压法生产铜包铝线的理论可行性。通过对槽形区域进行应力应变分析，合理解释了所设计异形截面铜管形状更有利于实现界面上铜和铝的冶金结合。
　　对铜包铝线的铸造-冷挤压工艺进行了试验研究，研究了铜包铝线冷挤压成形的变形过程及受力情况，并与模拟结果进行了比较，成形出了质量较好的铜包铝制品，进一步验证了该工艺的可行性。对挤压后铜包铝线制品的体积厚度、导电性能、挤压力、减薄率等进行了分析与计算。
　　观察并分析了不同变形阶段，不同变形区域的铜包铝线的微观组织，得到了铜包铝线挤压变形过程中微观组织的分布规律，并与有限元模拟结果相结合，采用最大剪应变理论对微观组织分布规律进行了解释。同时也通过金相实验与EDS能谱分析相结合，确定了铜包铝试验产品界面的良好的结合性能。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 铜包铝线国内外研究现状

1.3 铜包铝线特性和成形工艺的发展

1.4 本课题选题的意义及主要内容

第2章 铜包铝线铸造-冷挤压成形工艺设计

2.1 铜包铝线生产工艺制定

2.2 挤压过程中的计算与主要工艺参数分析

2.3 本章小结

第3章 铜包铝线挤压成形的数值模拟

3.1 引言

3.2 金属塑性变形机理相关理论

3.3 DEFORM软件简介

3.4 铜包铝线冷挤压加工工艺的有限元模拟

3.5 模拟结果分析与讨论

3.6 本章小结

第4章 铜包铝线冷挤压成形的试验研究

4.1 挤压试验过程

4.2 试验结果与模拟结果对比分析

4.3 本章小结

第5章 铜包铝复合材料的微观结构分析

5.1 引言

5.2 金相试验

5.3 微观组织分析

5.4 铜包铝线界面相研究

5.5 变形分区模型的建立

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务及主要成果

致谢

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