钢-铝石墨复合板半固态张力拉铸复合研究

摘要

钢-铝石墨复合板兼有钢的高强度和高刚度，铝基合金的导热性、耐腐蚀性，石墨的润滑性好等优良特性，是非常理想的自润滑复合材料，可应用于轨道交通、汽车、船舶、航空航天等领域。为解决目前钢背复合板制备技术中存在的生产工序复杂、复合界面性能差等问题，本文开展了钢-铝石墨复合板的半固态张力拉铸复合成形研究，主要研究工作及成果如下:
　　(1)在铝石墨半固态浆料的制备中，采用电磁-机械复合搅拌技术，成功制备了初生固相和石墨颗粒均匀分布的含1.5wt.％Si的铝石墨半固态浆料，得到了搅拌温度与半固态浆料固相率的线性关系，确定了铝石墨半固态铸锭的浆料固相率对外加石墨颗粒分布的影响规律。
　　(2)在钢-铝石墨半固态张力拉铸复合研究中，首先使用有限元软件ANSYS和ABAQUS对钢-铝石墨半固态张力拉铸复合开展了数值模拟研究:
　　1)初步确定了钢-铝石墨半固态张力拉铸复合成形的工艺参数。
　　2)初步确定了能够减小高温复合冷却过程中铝石墨覆层与钢板的收缩量差值，消除复合板界面残余应力的钢板预加张力参数范围。
　　(3)其次，在钢板预热温度450℃，半固态浆料温度620℃，拉铸速度0.5m/min，对流换热系数200W/(m2·k)以及模拟初步确定的工艺参数范围内进行了钢-铝石墨复合板半固态张力拉铸复合成形研究:
　　1)开展了复合界面力学性能的研究，得到了钢板预加张力对复合界面剪切强度的影响规律以及界面剪切强度最大的复合板。
　　2)开展了复合界面微观组织的研究，得到了可均匀消除界面晶格畸变、去除界面残余应力、使界面剪切强度最大的复合工艺。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 钢-铝石墨复合板常规成形方法

1．1．1 固-固相复合成形技术

1．1．2 固-液相复合成形技术

1．1．3 固-半固相复合成形技术

1．2 复合板界面结合理论介绍

1．3 复合板界面残余应力

1．3．2 残余应力的性质

1．3．3 残余应力的检测

1．4 复合板界面残余应力的后处理

1．4．1 去应力退火后处理技术

1．4．2 小变形轧制后处理技术

1．5 研究方法的提出

1．5．1 钢-铝石墨复合板的成形方法的确定

1．5．2 消除复合板界面残余应力方法的确定

1．6 研究意义及主要研究内容

1．6．1 本课题研究意义

1．6．2 本课题主要研究内容

2 铝石墨半固态浆料的制备

2．1 铝石墨覆层的制备

2．1．1 半固态浆料的制备方法

2．1．2 电磁-机械复合搅拌法的确定

2．2 铝石墨半固态浆料复合搅拌实验研究

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验设备及流程

2．2．3 搅拌温度与半固态固相率的关系

2．2．4 固相率与石墨在铸锭中分布的关系

2．2．5 半固态浆料微观组织分析

2．3 本章小结

3 拉铸复合的二维热分析模拟

3．1 建立有限元模型

3．1．1 网格的划分

3．1．2 材料的热物性参数

3．1．3 定义边界条件

3．2 温度场分析

3．2．1 拉铸速度的影响

3．2．2 钢板预热温度的影响

3．2．3 对流换热系数的影响

3．2．4 拉铸复合参数的确定

3．3 本章小结

4 拉铸复合的三维热-力耦合模拟

4．1 有限元模型的建立

4．1．1 几何模型的建立及网格划分

4．1．2 材料性能的定义

4．1．3 定义边界条件

4．1．4 拉铸复合的模拟过程

4．2 热力学行为的数值模拟结果分析

4．2．1 不同张力下复合板的位移分布图

4．2．2 复合板界面层节点位移

4．2．3 复合界面残余应力

4．3 本章小结

5 钢-铝石墨半固态张力拉铸复合实验研究

5．1 实验材料

5．2 实验设备

5．3 研究方案

5．4 实验步骤

5．5 界面力学性能研究

5．5．1 界面残余应力的分析与表征

5．5．2 界面剪切强度与残余应力

5．6 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历

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