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半连续铸造法制备复层铝合金的界面问题研究

宋肖阳

  双金属复合材料是军工、航空航天、勘探、民用等领域急需的材料,也是近年来国家新材料发展规划的优先项目。连续铸造法可以实现双金属层状复合材料连续性、大规模生产,有效地节约能源和降低生产成本。复合界面是实现两种合金良好结合的关键区域,其综合性质影响甚至控制着双金属复合材料的性能。因此全面深入地研究双金属复合界面状态及特征,分析工艺参数对界面温度场的变化,揭示界面传热规律,对于控制和改善复合材料性能,合理确定复层铸坯连铸工艺参数和装置设计等具有重要的意义。 本文采用直接水冷半连续铸造法制备3003/4004、3003/2A11复层铝合金铸锭,从界面组织形貌、成分分布及力学性能方面分析结合界面特征,探讨了半连续铸造过程中界面处水冷挡板与铸坯传热问题。研究结果如下: 通过分析水冷挡板附近金属液结晶过程及热量导出方式,建立了半连铸法制备复层铸坯界面传热模型。静态模拟实验得出挡板冷却水流量为160-250L/h时,3003金属与挡板外壁的换热系数约为4300~5300W/(m2.K);挡板内壁与冷却水的换热系数约为40000~65000W/(m2.K),且随着水流量的增加,换热系数逐渐增大。对连铸实验挡板内进出水口温度差校验,表明该传热模型与连铸实验结果吻合良好。 3003、4004合金浇注温度分别为710、670℃,拉速为70mm/min,结晶器冷却水流量为5m3/h,水冷挡板内水流量分别采用250、225、200、180L/h均可成功制备出界面复合质量良好的3003/4004复层铸坯。复合界面处实现了牢固的冶金结合,结合机制属于扩散结合。挡板内冷却水流量影响界面复合状态,且界面处3003凝壳表面温度沿冷却水流方向分布不均匀。 3003、2A11合金浇注温度分别为715、710℃,拉速为70mm/min,结晶器冷却水流量为4m3/h,水冷挡板内水流量为200L/h时,可以实现3003和2A11合金的复合。复合良好的界面处元素发生相互扩散,界面主要存在θ(Al2Cu)相,α(Al)+θ(Al2Cu)共晶组织,α(Al)+θ(Al2Cu)+S(Al2CuMg)共晶组织以及少量的Mg2Si。分析界面结合机理得出,半连续铸造实验中复合铸锭实现界面良好冶金结合的关键是确保冷却侧金属半固态层的稳定形成以及精确控制保温侧合金的金属液温度。……   
[关键词]:半连续铸造;复层铝合金;界面;传热
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连理工大学2012年