金属包覆材料固-液铸轧复合理论与实践

￥75.60

运费：	¥ 6.00-20.00
库存：	50 件

立即购买

支付：: 微信支付银行卡支付宝

商品详情

出版社：机械工业出版社
ISBN：9787111717263
版次：1
品牌：机工出版
包装：平装
开本：16开
出版时间：2023-04-01
用纸：胶版纸
页数：212

编辑推荐

适读人群：有色金属成形机械设计、制造及层状金属复合材料生产等工程技术人员，高等院校有关专业的教师、研究生
本书由燕山大学黄华贵教授等编撰。总结了其近年来的新科研成果，也成为节约贵金属、实现结构轻量化的有效途径。典型产品包括铜/铝复合线、铜/钢复合棒、铜/钛复合管、铝/钛复合管、黄铜/纯铜复合绞线等，被广泛用于航空航天、轨道交通、石油化工、电力电子等领域。金属包覆材料通常具有环形包覆几何特征，强电流、高频、冲击、疲劳、高温、腐蚀等极端服役环境对界面结合强度、组元基体性能及其周向均匀性提出了极为苛刻的要求。胀形、拉拔、轧制、旋压等传统固相复合成形工艺在石油复合管、复合信号缆、铜/铝复合电工排等金属包覆产品的工业生产方面发挥了重要作用

内容简介

本书是由燕山大学机械工程学院、国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心黄华贵教授课题组根据多年的科学研究和实践经验编写而成的。
全书共9章，详细介绍了金属包覆材料固-液铸轧复合技术开发全流程，内容包括技术构想、工艺布局、样机设计、过程仿真、实验验证、性能表征、机理分析等系统研究过程。
本书的工艺技术与理论方法新颖，具有很好的学术价值和应用价值，可供有色金属成形机械设计、制造及层状金属复合材料生产等工程技术人员使用，也可供高等院校有关专业的教师、研究生参考。

第1章金属包覆材料工程应用与制备技术研究现状1
1.1应用需求概述1
1.1.1金属基复合材料及其分类1
1.1.2典型金属包覆材料及其工程应用2
1.2双金属复合管材制备技术3
1.2.1固固相复合技术4
1.2.2固液相复合技术8
1.2.3液液相复合技术9
1.2.4其他复合技术11
1.3双金属复合线棒材制备技术12
1.3.1固固相复合技术12
1.3.2固液相复合技术14
1.3.3液液相复合技术16
1.3.4制备技术对比分析17
1.4复杂截面材料铸轧技术17
1.4.1双辊铸轧技术发展概况17
1.4.2横向变截面板带铸轧技术18
1.4.3纵向变截面板带铸轧技术21
1.4.4圆形截面材料铸轧技术26
1.4.5复杂截面材料铸轧技术发展趋势27
1.5金属包覆材料固液铸轧复合技术29
1.5.1技术原理与核心优势29
1.5.2各章节主要内容30
第2章双金属复合管双辊固液铸轧复合原理样机设计32
2.1固液铸轧复合原理样机设计32
2.1.1孔型铸轧辊系设计32
2.1.2环形布流器设计32
2.1.3堵流开浇工艺及装置设计33
2.1.4固液铸轧复合原理样机总装配35
2.2环形布流器稳态流场模拟优化35
2.2.1模型网格划分及前处理35
2.2.2模拟结果分析36
2.2.3水模实验验证37
2.3开浇阶段瞬态充型模拟优化39
2.3.1模型简化及假设39
2.3.2开浇阶段流动及充型特性数值模拟40
2.3.3开浇阶段铸轧区液位波动分析41
2.4双辊固液铸轧复合可行性验证43
2.4.1环形布流器布流效果验证43
2.4.2铝/铅固液铸轧复合实验44
2.4.3存在的问题及改进方案44
第3章双金属复合管双辊固液铸轧复合实验研究46
3.1实验设备及方法46
3.1.1实验材料46
3.1.2熔炼设备47
3.1.3界面分析设备及方法47
3.1.4压扁实验设备47
3.1.5复合管取样分析位置48
3.2钢/铝固液铸轧复合49
3.2.1钢/铝复合材料应用背景49
3.2.2钢/铝复合管铸轧复合及界面形貌49
3.2.3钢/铝复合管结合性能测试51
3.3铜/铝固液铸轧复合52
3.3.1铜/铝复合材料应用背景52
3.3.2铜/铝复合管铸轧复合及界面形貌52
3.3.3铜/铝复合管结合性能测试54
3.3.4铜/铝复合棒铸轧复合及界面形貌54
3.4钛/铝固液铸轧复合56
3.4.1钛/铝复合材料应用背景56
3.4.2钛/铝复合管铸轧复合56
第4章双金属复合管双辊固液铸轧复合过程模拟58
4.1铸轧区稳态热流耦合数值模拟58
4.1.1固液铸轧区几何模型58
4.1.2模型简化及边界条件59
4.1.3凝固点周向分布及分区60
4.1.4熔池高度对凝固点周向分布和流场影响61
4.1.5名义铸轧速度对凝固点周向分布和流场影响63
4.1.6覆层金属浇注温度对凝固点周向分布和流场影响64
4.1.7凝固点高度及铸轧区出口平均温度预测模型64
4.2固液铸轧复合过程热力耦合模拟67
4.2.1模型及边界条件67
4.2.2轧制力变化曲线68
4.2.3复合界面温度和应力分布68
4.2.4芯管周向接触应力分布69
第5章金属包覆材料多辊固液铸轧传热行为分析71
5.1材料性能参数71
5.1.1工业纯铜T271
5.1.2低合金高强度结构钢Q355B72
5.1.3辊套用低合金结构钢42CrMo73
5.2传热过程分析75
5.2.1热量传递基本方式75
5.2.2接触界面演变及传热机理79
5.2.3钢铜固液界面传热系数反求推测82
5.2.4多辊固液铸轧复合技术热阻网络89
5.3铸轧区几何均匀性分析92
5.3.1铸轧区几何特征92
5.3.2铸轧辊名义半径影响94
5.3.3铸轧辊孔型半径影响97
5.3.4铸轧区熔池高度影响99
5.4传热均匀性对比分析101
5.4.1热流耦合仿真模型101
5.4.2布置模式对比103
5.4.3工艺布局优化106
第6章金属包覆材料三辊固液铸轧复合原理样机设计108
6.1三辊固液铸轧复合原理样机设计108
6.1.1铸轧机主机座108
6.1.2熔炼浇注系统111
6.1.3主传动系统111
6.1.4原理样机虚拟装配111
6.2三辊固液铸轧复合原理样机结构优化112
6.2.1基体金属预热温度控制方法112
6.2.2铸轧辊冷却能力影响因素分析118
6.2.3开浇工艺方案优化123
6.3工艺参数影响规律分析124
6.3.1模型简化及边界条件124
6.3.2熔池高度影响125
6.3.3名义铸轧速度影响125
6.3.4覆层金属浇注温度影响126
6.3.5基体金属预热温度影响127
6.3.6基体金属半径影响127
6.4工艺窗口预测及平台搭建128
6.4.1工程计算模型构建128
6.4.2合理工艺窗口预测129
6.4.3实验平台安装调试130
第7章金属包覆材料三辊固液铸轧复合实验研究132
7.1铸轧复合实验方案132
7.1.1实验操作流程132
7.1.2检测控制系统133
7.1.3关键测试方案133
7.1.4典型样品缺陷及原因134
7.2侧耳产生机理分析135
7.2.1仿真模型135
7.2.2配合间隙对侧耳影响136
7.2.3凝固点高度对侧耳影响138
7.2.4实验验证及解决方案139
7.3工艺参数测试及热处理工艺制定策略140
7.3.1铸轧区温度压力测试140
7.3.2热处理工艺制定策略141

74热流组织多场耦合分析142

741控制方程142

742边界条件143

743布置模式对凝固组织影响144

744形核参数对凝固组织影响145

75样品周向性能均匀性分析145

751铜铁界面反应机制145

752复合界面宏微观形貌149

753样品性能周向均匀性150

第8章金属包覆材料固液铸轧复合轧制力计算模型154

81固液铸轧区特性分析154

811出口截面几何参数154

812熔池高度及变形区高度155

813入口截面几何参数155

814力学图示及金属流动157

82轧制力工程计算模型159

821基本假设159

822微分单元划分160

823单位压力公式161

824平均单位压力公式163

83模型验证及工艺因素影响分析164

831仿真模型及边界条件164

832布置模式影响分析165

833工程计算模型验证167

834工艺参数影响分析168

第9章金属包覆材料固液铸轧复合机理及技术展望170

91连续成形原理分析170

911双辊布置模式时固液铸轧区演变170

912三辊布置模式时固液铸轧区演变172

913固液铸轧连续成形原理173

92界面复合机理分析174

921复合界面微观形貌演变174

922基体金属表面微观形貌影响176

923金属包覆材料固液铸轧复合机理179

93典型金属包覆材料试制研究182

931单质金属线棒材182

932金属包覆线棒材182

933双金属复合管材183

934金属包覆芯绞线184

935异形截面复合材料185

936翅片强化复合材料185

94铸轧复合技术面临的挑战与展望187

941铸轧复合技术面临的挑战187

942铸轧复合技术未来发展展望189

参考文献192

前言/序言

金属包覆材料是层状金属复合材料的一个重要分支，由于其兼具两种或两种以上不同组元金属材料的性能优势，形成了集功能和结构为一体的独特综合性能，在满足耐蚀、高强度、高导电和高导热等特殊服役性能的同时，也成为节约贵金属、实现结构轻量化的有效途径。典型产品包括铜/铝复合线、铜/钢复合棒、铜/钛复合管、铝/钛复合管、黄铜/纯铜复合绞线等，被广泛用于航空航天、轨道交通、石油化工、电力电子等领域。
金属包覆材料通常具有环形包覆几何特征，强电流、高频、冲击、疲劳、高温、腐蚀等极端服役环境对界面结合强度、组元基体性能及其周向均匀性提出了极为苛刻的要求。胀形、拉拔、轧制、旋压等传统固相复合成形工艺在石油复合管、复合信号缆、铜/铝复合电工排等金属包覆产品的工业生产方面发挥了重要作用，但由于固相复合需要预先将覆层管材和芯材进行套装，且界面变形量往往比较有限，实际生产中面临着预套装配合精度要求高、界面结合强度弱等问题。在大力推进制造业绿色化、智能化背景下，发展高效、短流程、形性可控的金属包覆材料连续成形技术一直是行业热点和难点，对丰富层状金属复合材料制备理论和促进行业进步具有重要现实意义。
2012年，作者基于层状金属复合板带固液铸轧复合技术研究的基础，萌生了在铸轧辊面开设闭式圆形孔型，将固态基体金属与液态覆层金属同步喂入近似环形铸轧区，利用固液铸轧复合成形原理实现金属包覆材料连续近终成形的技术设想，申请并授权了发明专利“一种采用冷芯连续铸轧工艺生产双金属复合管材或棒材的方法”（专利号：ZL2012103009992）。之后围绕该技术构想开展了较为系统的理论与实践研究工作，陆续授权发明专利“一种双金属层状复合管固液复合铸轧机”（专利号：ZL2015104809166）和“制备高电导金属包覆材料的多辊连续铸轧设备及其方法”（专利号：ZL2020105370049），经过近十年的不懈探索与尝试，初步验证了所提技术构想的可行性和优越性。为此，作者在学习和消化国内外相关研究工作的基础上，系统梳理与总结了过去十年在金属包覆材料固液铸轧复合理论与实践方面的研究成果，编写成本书，以期对丰富金属包覆材料高效连续近终成形技术和发展特种孔型铸轧理论有所裨益。
本书详细介绍了金属包覆材料固液铸轧复合技术开发全流程，内容包括技术构想、工艺布局、样机设计、过程仿真、实验验证、性能表征、机理分析等系统研究过程。本书在内容组织与结构安排上，以数值模拟、物理模拟、理论建模与实验研究相结合的方式开展研究工作成果的介绍，彼此互为验证，力求理论联系实际，突出实用性和先进性，为广大读者提供一本实用的技术著作。
本书由黄华贵、季策、孙静娜共同撰写。本书介绍的研究工作得到了国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题基础”重点专项“高品质金属复合板高效制备原理与技术基础”（No2018YFA0707300）、国家自然科学基金面上项目“高导电金属包覆材料冷芯连续铸轧复合成形机理与性能调控”（No51974278）、河北省自然科学基金杰出青年基金项目“复合材料固液铸轧成形理论及产品全生命周期设计关键技术基础研究”（NoE2018203446）和河北省高等学校科学技术研究项目“双金属复合管冷芯连续铸轧复合成形机理与实验研究”（QN2015214）的资助。在撰写过程中，得到了燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心孙登月教授、许石民教授、涿神有色金属加工专用设备有限公司宋建民总工程师等专家的指导和帮助，参考了国内外有关专家和学者的文献资料，在此由衷地表示感谢！