钢-钛复合板的半固态铸轧复合成形研究

摘要

钢-钛复合板作为新型的复合材料，具有较为优异的综合性能，可满足飞机蒙皮等构件材料的要求。为解决目前金属复合板的制备方法中出现的生产工序复杂、加工原料成本高、复合界面性能差等问题，本文提出半固态铸轧复合成形法。通过合理地控制复合工艺参数，制备出界面性能较好的钢-钛复合板，主要研究内容及成果如下:
　　1.在钛合金半固态浆料的制备中，采用电磁搅拌装置，成功制备了组织均匀的含3wt.％Ni的钛合金浆料，得到了钛合金半固态浆料的固相率与搅拌温度的关系。
　　2.采用有限元软件ANSYS和DEFORM-3D对钢-钛半固态铸轧复合过程进行数值模拟研究:
　　1)初步确定在所选复合工艺参数下，能够实现铸轧复合的顺利进行;
　　2)预测半固态浆料凝固前沿的位置以及不同工艺参数下温度场的变化趋势，为钢-钛半固态铸轧复合试验的开展提供借鉴。
　　3.在钢-钛复合板半固态铸轧复合试验中，成功制备出了界面结合性能良好的钢-钛复合板:
　　1)开展复合界面结合性能的研究。得到了钢板的预热温度、半固态浆料固相率、铸轧速度与界面剪切强度之间的关系。
　　2)使用正交设计等方法进行优化分析，建立了复合参数与界面力学性能之间的拟合关系，得到了最佳复合工艺参数组合，实现了对复合界面结合性能的预测。
　　3)开展复合界面组织性能的研究。分析三种不同的复合界面层结构，确定了复合界面层的成分构成，提出了复合界面结合机理。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 钢-钛复合板的概述

1．2 钢背复合板复合方法概述

1．2．1 固-固相复合成形法

1．2．2 固-液相复合方法

1．2．3 固-固相复合法

1．3 金属复合板界面结合概述

1．3．1 复合界面结合理论

1．3．2 界面结合性能的影响因素

1．3．3 促进界面结合的方法

1．4 研究方法及研究意义

1．5 研究内容

2 钛合金半固态浆料制备研究

2．1 半固态成形方法概述

2．2 半固态浆料的制备方法

2．2．1 机械搅拌法

2．2．2 电磁搅拌法

2．2．3 喷射沉积法

2．2．4 应变诱导熔体活化法

2．3 钛合金半固态浆料的制备实验

2．3．1 电磁搅拌法的确定

2．3．2 实验内容及过程

2．3．3 搅拌温度与半固态浆料固相率关系

2．3．4 半固态浆料微观组织分析

2．4 本章小结

3 铸轧复合的二维热流耦合分析

3．1 模型的建立

3．1．1 基本假设

3．1．2 网格的划分

3．1．3 材料的热物性参数

3．1．4 边界条件的设定

3．2 温度场分析

3．2．1 铸轧速度的影响

3．2．2 钢板预热温度的影响

3．2．3 浇注温度的影响

3．2．4 钢板表面的温度变化

3．3 本章小结

4 铸轧复合的三维热力耦合分析

4．1 有限元模型的建立

4．1．1 几何模型的建立

4．1．2 材料模型的建立

4．1．3 板料的网格划分

4．1．4 复合铸轧的模拟过程

4．2 温度场模拟结果分析

4．2．1 铸轧速度的影响

4．2．2 钢板预热温度的影响

4．2．3 浇注温度的影响

4．3 本章小结

5 钢-钛半固态铸轧复合实验研究

5．1 实验目的

5．2 实验材料

5．3 实验设备

5．4 半固态铸轧复合实验

5．4．1 钢板预处理

5．4．2 半固态铸轧复合

5．4．3 界面结合性能测试

5．4．4 界面微观组织观察

5．5 本章小结

6．1 优化方案的设计

6．2 复合参数对界面结合性能的影响

6．2．1 钢板预热温度的影响

6．2．2 半固态浆料固相率的影响

6．2．3 铸轧速度的影响

6．2．4 小结

6．3 本章小结

7 界面组织分析及复合机理研究

7．1 铸轧复合过程

7．1．1 润湿过程

7．1．2 扩散过程

7．1．3 冷却凝固过程

7．1．4 轧制过程

7．2 复合界面组织分析

7．2．1 复合板的横断面组织

7．2．2 界面结构对界面结合性能的影响

7．3 复合界面的结合机理

7．4 本章小结

8 结论

参考文献

作者简历

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