本書是由燕山大學機械工程學院、國家冷軋板帶裝備及工藝工程技術研究中心黃華貴教授課題組根據(jù)多年的科學研究和實踐經(jīng)驗編寫而成的。全書共9章，詳細介紹了金屬包覆材料固-液鑄軋復合技術開發(fā)全流程，內(nèi)容包括技術構(gòu)想、工藝布局、樣機設計、過程仿真、實驗驗證、性能表征、機理分析等系統(tǒng)研究過程。本書的工藝技術與理論方法新穎，具有很好的學術價值和應用價值，可供有色金屬成形機械設計、制造及層狀金屬復合材料生產(chǎn)等工程技術人員使用，也可供高等院校有關專業(yè)的教師、研究生參考。
本書由燕山大學黃華貴教授等編撰�？偨Y(jié)了其近年來的最新科研成果，也成為節(jié)約貴金屬、實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化的有效途徑。典型產(chǎn)品包括銅/鋁復合線、銅/鋼復合棒、銅/鈦復合管、鋁/鈦復合管、黃銅/純銅復合絞線等，被廣泛用于航空航天、軌道交通、石油化工、電力電子等領域。金屬包覆材料通常具有環(huán)形包覆幾何特征，強電流、高頻、沖擊、疲勞、高溫、腐蝕等極端服役環(huán)境對界面結(jié)合強度、組元基體性能及其周向均勻性提出了極為苛刻的要求。脹形、拉拔、軋制、旋壓等傳統(tǒng)固相復合成形工藝在石油復合管、復合信號纜、銅/鋁復合電工排等金屬包覆產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)方面發(fā)揮了重要作用
金屬包覆材料是層狀金屬復合材料的一個重要分支，由于其兼具兩種或兩種以上不同組元金屬材料的性能優(yōu)勢，形成了集功能和結(jié)構(gòu)為一體的獨特綜合性能，在滿足耐蝕、高強度、高導電和高導熱等特殊服役性能的同時，也成為節(jié)約貴金屬、實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化的有效途徑。典型產(chǎn)品包括銅/鋁復合線、銅/鋼復合棒、銅/鈦復合管、鋁/鈦復合管、黃銅/純銅復合絞線等，被廣泛用于航空航天、軌道交通、石油化工、電力電子等領域。金屬包覆材料通常具有環(huán)形包覆幾何特征，強電流、高頻、沖擊、疲勞、高溫、腐蝕等極端服役環(huán)境對界面結(jié)合強度、組元基體性能及其周向均勻性提出了極為苛刻的要求。脹形、拉拔、軋制、旋壓等傳統(tǒng)固相復合成形工藝在石油復合管、復合信號纜、銅/鋁復合電工排等金屬包覆產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)方面發(fā)揮了重要作用，但由于固相復合需要預先將覆層管材和芯材進行套裝，且界面變形量往往比較有限，實際生產(chǎn)中面臨著預套裝配合精度要求高、界面結(jié)合強度弱等問題。在大力推進制造業(yè)綠色化、智能化背景下，發(fā)展高效、短流程、形性可控的金屬包覆材料連續(xù)成形技術一直是行業(yè)熱點和難點，對豐富層狀金屬復合材料制備理論和促進行業(yè)進步具有重要現(xiàn)實意義。2012年，作者基于層狀金屬復合板帶固液鑄軋復合技術研究的基礎，萌生了在鑄軋輥面開設閉式圓形孔型，將固態(tài)基體金屬與液態(tài)覆層金屬同步喂入近似環(huán)形鑄軋區(qū)，利用固液鑄軋復合成形原理實現(xiàn)金屬包覆材料連續(xù)近終成形的技術設想，申請并授權(quán)了發(fā)明專利一種采用冷芯連續(xù)鑄軋工藝生產(chǎn)雙金屬復合管材或棒材的方法（專利號：ZL2012103009992）。之后圍繞該技術構(gòu)想開展了較為系統(tǒng)的理論與實踐研究工作，陸續(xù)授權(quán)發(fā)明專利一種雙金屬層狀復合管固液復合鑄軋機（專利號：ZL2015104809166）和制備高電導金屬包覆材料的多輥連續(xù)鑄軋設備及其方法（專利號：ZL2020105370049），經(jīng)過近十年的不懈探索與嘗試，初步驗證了所提技術構(gòu)想的可行性和優(yōu)越性。為此，作者在學習和消化國內(nèi)外相關研究工作的基礎上，系統(tǒng)梳理與總結(jié)了過去十年在金屬包覆材料固液鑄軋復合理論與實踐方面的研究成果，編寫成本書，以期對豐富金屬包覆材料高效連續(xù)近終成形技術和發(fā)展特種孔型鑄軋理論有所裨益。本書詳細介紹了金屬包覆材料固液鑄軋復合技術開發(fā)全流程，內(nèi)容包括技術構(gòu)想、工藝布局、樣機設計、過程仿真、實驗驗證、性能表征、機理分析等系統(tǒng)研究過程。本書在內(nèi)容組織與結(jié)構(gòu)安排上，以數(shù)值模擬、物理模擬、理論建模與實驗研究相結(jié)合的方式開展研究工作成果的介紹，彼此互為驗證，力求理論聯(lián)系實際，突出實用性和先進性，為廣大讀者提供一本實用的技術著作。本書由黃華貴、季策、孫靜娜共同撰寫。本書介紹的研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃變革性技術關鍵科學問題基礎重點專項高品質(zhì)金屬復合板高效制備原理與技術基礎（No2018YFA0707300）、國家自然科學基金面上項目高導電金屬包覆材料冷芯連續(xù)鑄軋復合成形機理與性能調(diào)控（No51974278）、河北省自然科學基金杰出青年基金項目復合材料固液鑄軋成形理論及產(chǎn)品全生命周期設計關鍵技術基礎研究（NoE2018203446）和河北省高等學�？茖W技術研究項目雙金屬復合管冷芯連續(xù)鑄軋復合成形機理與實驗研究（QN2015214）的資助。在撰寫過程中，得到了燕山大學國家冷軋板帶裝備及工藝工程技術研究中心孫登月教授、許石民教授、涿神有色金屬加工專用設備有限公司宋建民總工程師等專家的指導和幫助，參考了國內(nèi)外有關專家和學者的文獻資料，在此由衷地表示感謝！
第1章金屬包覆材料工程應用與制備技術研究現(xiàn)狀111應用需求概述1111金屬基復合材料及其分類1112典型金屬包覆材料及其工程應用212雙金屬復合管材制備技術3121固固相復合技術4122固液相復合技術8123液液相復合技術9124其他復合技術1113雙金屬復合線棒材制備技術12131固固相復合技術12132固液相復合技術14133液液相復合技術16134制備技術對比分析1714復雜截面材料鑄軋技術17141雙輥鑄軋技術發(fā)展概況17142橫向變截面板帶鑄軋技術18143縱向變截面板帶鑄軋技術21144圓形截面材料鑄軋技術26145復雜截面材料鑄軋技術發(fā)展趨勢2715金屬包覆材料固液鑄軋復合技術29151技術原理與核心優(yōu)勢29152各章節(jié)主要內(nèi)容30第2章雙金屬復合管雙輥固液鑄軋復合原理樣機設計3221固液鑄軋復合原理樣機設計32211孔型鑄軋輥系設計32212環(huán)形布流器設計32213堵流開澆工藝及裝置設計33214固液鑄軋復合原理樣機總裝配3522環(huán)形布流器穩(wěn)態(tài)流場模擬優(yōu)化35221模型網(wǎng)格劃分及前處理35222模擬結(jié)果分析36223水模實驗驗證3723開澆階段瞬態(tài)充型模擬優(yōu)化39231模型簡化及假設39232開澆階段流動及充型特性數(shù)值模擬40233開澆階段鑄軋區(qū)液位波動分析4124雙輥固液鑄軋復合可行性驗證43241環(huán)形布流器布流效果驗證43242鋁/鉛固液鑄軋復合實驗44243存在的問題及改進方案44第3章雙金屬復合管雙輥固液鑄軋復合實驗研究4631實驗設備及方法46311實驗材料46312熔煉設備47313界面分析設備及方法47314壓扁實驗設備47315復合管取樣分析位置4832鋼/鋁固液鑄軋復合49321鋼/鋁復合材料應用背景49322鋼/鋁復合管鑄軋復合及界面形貌49323鋼/鋁復合管結(jié)合性能測試5133銅/鋁固液鑄軋復合52331銅/鋁復合材料應用背景52332銅/鋁復合管鑄軋復合及界面形貌52333銅/鋁復合管結(jié)合性能測試54334銅/鋁復合棒鑄軋復合及界面形貌5434鈦/鋁固液鑄軋復合56341鈦/鋁復合材料應用背景56342鈦/鋁復合管鑄軋復合56第4章雙金屬復合管雙輥固液鑄軋復合過程模擬5841鑄軋區(qū)穩(wěn)態(tài)熱流耦合數(shù)值模擬58411固液鑄軋區(qū)幾何模型58412模型簡化及邊界條件59413凝固點周向分布及分區(qū)60414熔池高度對凝固點周向分布和流場影響61415名義鑄軋速度對凝固點周向分布和流場影響63416覆層金屬澆注溫度對凝固點周向分布和流場影響64417凝固點高度及鑄軋區(qū)出口平均溫度預測模型6442固液鑄軋復合過程熱力耦合模擬67421模型及邊界條件67422軋制力變化曲線68423復合界面溫度和應力分布68424芯管周向接觸應力分布69第5章金屬包覆材料多輥固液鑄軋傳熱行為分析7151材料性能參數(shù)71511工業(yè)純銅T271512低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼Q355B72513輥套用低合金結(jié)構(gòu)鋼42CrMo7352傳熱過程分析75521熱量傳遞基本方式75522接觸界面演變及傳熱機理79523鋼銅固液界面?zhèn)鳠嵯禂?shù)反求推測82524多輥固液鑄軋復合技術熱阻網(wǎng)絡8953鑄軋區(qū)幾何均勻性分析92531鑄軋區(qū)幾何特征92532鑄軋輥名義半徑影響94533鑄軋輥孔型半徑影響97534鑄軋區(qū)熔池高度影響9954傳熱均勻性對比分析101541熱流耦合仿真模型101542布置模式對比103543工藝布局優(yōu)化106第6章金屬包覆材料三輥固液鑄軋復合原理樣機設計10861三輥固液鑄軋復合原理樣機設計108611鑄軋機主機座108612熔煉澆注系統(tǒng)111613主傳動系統(tǒng)111614原理樣機虛擬裝配11162三輥固液鑄軋復合原理樣機結(jié)構(gòu)優(yōu)化112621基體金屬預熱溫度控制方法112622鑄軋輥冷卻能力影響因素分析118623開澆工藝方案優(yōu)化12363工藝參數(shù)影響規(guī)律分析124631模型簡化及邊界條件124632熔池高度影響125633名義鑄軋速度影響125634覆層金屬澆注溫度影響126635基體金屬預熱溫度影響127636基體金屬半徑影響12764工藝窗口預測及平臺搭建128641工程計算模型構(gòu)建128642合理工藝窗口預測129643實驗平臺安裝調(diào)試130第7章金屬包覆材料三輥固液鑄軋復合實驗研究13271鑄軋復合實驗方案132711實驗操作流程132712檢測控制系統(tǒng)133713關鍵測試方案133714典型樣品缺陷及原因13472側(cè)耳產(chǎn)生機理分析135721仿真模型135722配合間隙對側(cè)耳影響136723凝固點高度對側(cè)耳影響138724實驗驗證及解決方案13973工藝參數(shù)測試及熱處理工藝制定策略140731鑄軋區(qū)溫度壓力測試140732熱處理工藝制定策略14174熱流組織多場耦合分析142741控制方程142742邊界條件1437
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