Cu-Al复合材料连铸直接成形数值模拟研究 被引量：8

1

作者 刘新华 付华栋 +3 位作者 何兴群 付新彤 江燕青 谢建新 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期470-484,共15页

建立了Cu-Al复合材料连铸成形的数值模拟模型,确定了模型的边界条件,提出了复合过程处理和结果评价方法。通过与部分实验结果对比表明,模拟结果与实验结果一致。以铜包铝棒坯立式连铸和Cu-Al复合板坯水平连铸过程为例,采用Pro CAST软件... 建立了Cu-Al复合材料连铸成形的数值模拟模型,确定了模型的边界条件,提出了复合过程处理和结果评价方法。通过与部分实验结果对比表明,模拟结果与实验结果一致。以铜包铝棒坯立式连铸和Cu-Al复合板坯水平连铸过程为例,采用Pro CAST软件对其稳态温度场进行了数值模拟分析,得到了各工艺参数对连铸过程的影响规律,给出了合理的工艺参数范围,并结合模拟的参数进行相应的实验研究。结果表明,本工作建立的连铸复合模型、确定的边界条件、提出的复合过程处理和结果评价方法合理,可有效用于连铸复合成形模拟分析。计算结果表明,制备横断面为100 mm×100 mm、Cu包覆层厚度(4~10 mm)的铜包铝棒坯可行的连铸工艺参数为:Cu液温度1250℃,Al液温度750℃,结晶器长度200 mm,芯棒管长度290 mm,一冷水流量1600~2000L/h,二冷水流量900~1300 L/h,二冷水距结晶器出口距离30 mm,拉坯速率60~80 mm/min;制备厚度20 mm、宽度75 mm、Cu包覆层厚度(4~7 mm)的Cu-Al复合板坯可行的工艺参数为:Cu液温度1250℃,Al液温度760~800℃,拉坯速率40~80 mm/min,Al液导流管长度20 mm。 展开更多

关键词 cu-al复合材料 连铸复合成形 温度场 数值模拟

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Conclad连续挤压法制备侧向复合型Cu/Al复合材料 被引量：5

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作者 凌聪 钟毅 +2 位作者 陈业高 王飞 郜晓雷 《特种铸造及有色合金》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期89-93,共5页

通过Conclad连续挤压法,在挤压温度为500℃下制备出了界面平直度较好,界面层厚度为93μm,界面结合强度高的侧向复合型Cu/Al复合材料。对复合材料界面的力学性能、界面形貌及微观组织进行分析,可知越靠近界面处硬度越高,界面层的抗拉强度... 通过Conclad连续挤压法,在挤压温度为500℃下制备出了界面平直度较好,界面层厚度为93μm,界面结合强度高的侧向复合型Cu/Al复合材料。对复合材料界面的力学性能、界面形貌及微观组织进行分析,可知越靠近界面处硬度越高,界面层的抗拉强度为48 MPa,复合界面层存在除铜基体和铝基体以外的金属间化合物,排序从铜基一侧到铝基一侧依次为Cu_9Al_4、CuAl和CuAl_2。而CuAl2是一种脆性相,它的存在容易引起界面结合处出现断裂现象。 展开更多

关键词 侧向复合 铜铝复合材料 Conclad连续挤压 金属间化合物

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具有贯穿结构的铜/铝复合材料的强化及热导率

3

作者 陈孝凌 陈志青 +4 位作者 胡波 严龙 王静雅 应韬 曾小勤 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期236-245,共10页

为了在提高铝合金强度的同时避免降低其热导率,设计了一种具有单向贯穿结构的新型铜/铝双金属复合材料,并采用增材制造结合挤压铸造的工艺实现制备成形。该复合材料表现出较好的强度(约340 MPa)和热导率(200 W/(m·K))匹配性,综合... 为了在提高铝合金强度的同时避免降低其热导率,设计了一种具有单向贯穿结构的新型铜/铝双金属复合材料,并采用增材制造结合挤压铸造的工艺实现制备成形。该复合材料表现出较好的强度(约340 MPa)和热导率(200 W/(m·K))匹配性,综合性能超过传统铝合金。这种良好的导热性能归因于单向贯穿的Cu骨架增强体结构能够为电子传导提供快速通道。同时,界面处生成Al2Cu共晶相,实现良好的界面冶金结合,有效改善复合材料的力学性能。 展开更多

关键词 cu/al复合材料 抗压强度 挤压铸造技术 热导率

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Cu/Al复合材料退火过程中的界面组织演变 被引量：4

4

作者 张建宇 马强 +3 位作者 廉影 李河宗 马聪 张家硕 《金属热处理》 CAS CSCD 北大核心 2017年第7期131-136,共6页

采用轧制复合法制备了Cu/Al复合板,并在350~450℃进行退火处理,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析仪、X射线衍射仪等手段研究了Cu/Al界面的微观组织形貌和相组成。结果表明,Cu/Al界面扩散连接过程主要包括物理结合、金属间化合物形核... 采用轧制复合法制备了Cu/Al复合板,并在350~450℃进行退火处理,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析仪、X射线衍射仪等手段研究了Cu/Al界面的微观组织形貌和相组成。结果表明,Cu/Al界面扩散连接过程主要包括物理结合、金属间化合物形核、金属间化合物横向生长与增厚3个阶段,Cu/Al界面主要由Cu9Al4、CuAl、CuAl23种金属间化合物组成。金属间化合物形核需要一定的孕育期,孕育期受温度影响很大;金属间化合物层厚度与反应时间的关系符合抛物线规律,表明金属间化合物的生长动力学由体扩散控制;总金属间化合物层生长速率常数与反应温度之间满足Arrhenius关系,其生长激活能为119.08 kJ/mol。 展开更多

关键词 cu/al复合材料 界面 退火 组织演变

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加压条件下固-液复合法制备Cu/Al复合材料 被引量：3

5

作者 张亚 宋克兴 +2 位作者 刘亚民 赵培峰 张彦敏 《特种铸造及有色合金》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期101-104,共4页

在加压条件下采用固-液复合法制备了Cu/Al复合材料,并对复合材料界面层的硬度、抗拉强度及微观组织进行了研究。结果表明,在加压条件下固-液复合法可以制备出抗拉强度达38.24 MPa且Cu/Al复合界面结合良好的复合材料;界面层硬度显著高于... 在加压条件下采用固-液复合法制备了Cu/Al复合材料,并对复合材料界面层的硬度、抗拉强度及微观组织进行了研究。结果表明,在加压条件下固-液复合法可以制备出抗拉强度达38.24 MPa且Cu/Al复合界面结合良好的复合材料;界面层硬度显著高于两侧基体硬度;界面层靠近铜侧区域容易出现断裂现象,生成的脆性相CuAl2是造成复合材料断裂的主要原因之一。 展开更多

关键词 固-液复合 cu al复合材料 界面层 cual2

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无压浸渗法制备SiC/Cu-Al复合材料的工艺研究 被引量：4

6

作者 杨亮 杜双明 《铸造技术》 CAS 北大核心 2011年第1期46-48,共3页

以Cu包裹SiC颗粒形成的SiC/Cu复合粉体为增强体,采用无压浸渗工艺制备含SiC为70%体积分数的SiC/Cu-Al复合材料。通过正交试验研究了制坯压力、浸渗温度和浸渗时间对浸渗深度的影响。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了复合材料的... 以Cu包裹SiC颗粒形成的SiC/Cu复合粉体为增强体,采用无压浸渗工艺制备含SiC为70%体积分数的SiC/Cu-Al复合材料。通过正交试验研究了制坯压力、浸渗温度和浸渗时间对浸渗深度的影响。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了复合材料的形貌和相结构。结果表明,在制坯压力10 MPa、浸渍温度850℃、浸渍时间3 h条件下,SiC/Cu-Al复合材料的组织均匀、致密度好、无明显气孔缺陷,其膨胀系数为6.932 3×10-6/℃。 展开更多

关键词 SiC/cu复合粉体 无压浸渍法 SiC/cu-al复合材料 颗粒增强

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Cu-Al层状复合材料金属间化合物结构稳定性的第一性原理计算

7

作者 李爽 王文焱 +5 位作者 张飞扬 崔云峰 谢敬佩 王爱琴 朱晓龙 高铭 《材料热处理学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期65-76,共12页

铜铝层状复合材料在固液复合铸轧成型时,固态铜与液态铝在接触面发生界面反应生成的金属间化合物容易引发晶界脆性、晶间裂纹或弹性畸变致使其开裂而失效。因此,一个强而稳定的界面对于整个复合材料的结构强度至关重要。为深入了解界面... 铜铝层状复合材料在固液复合铸轧成型时,固态铜与液态铝在接触面发生界面反应生成的金属间化合物容易引发晶界脆性、晶间裂纹或弹性畸变致使其开裂而失效。因此,一个强而稳定的界面对于整个复合材料的结构强度至关重要。为深入了解界面金属间化合物的化学键合、晶体结构及稳定性,利用第一性原理对Cu-Al层状复合材料中常见的金属间化合物Al_(4)Cu_(9)、Al_(2)Cu、AlCu开展了热力学性能、力学性能和电子结构的相关计算。有效生成热数值表明,扩散初始阶段Al_(2)Cu相将在界面处最先生成,待Al_(2)Cu初生相形成后,将依次生成Al_(4)Cu_(9)、AlCu。Al_(2)Cu、Al_(4)Cu_(9)和AlCu均符合力学稳定性标准,对比它们的B/G值、泊松比和硬度,3种金属间化合物均为脆性相,其中Al_(2)Cu的脆性最大且硬度最高。通过对能带、态密度和Mulliken布居进行分析,发现金属键在Al_(2)Cu和AlCu化学键中具有更强的离子性特征,而在Al_(4)Cu_(9)化学键中具有更强的共价性特征,使得Al和Cu原子之间的相互作用更紧密,稳定性更强。 展开更多

关键词 cu-al层状复合材料 生成焓 结合能 电子结构 力学性能

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基于分子动力学模拟的Cu-Zr/Al复合材料的变形行为

8

作者 张飞扬 王文焱 +3 位作者 谢敬佩 王爱琴 朱晓龙 崔云峰 《材料热处理学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期160-169,共10页

采用分子动力学模拟方法研究了Zr含量对Cu/Al层状复合材料拉伸变形行为的影响,使用取代掺杂的方式用Zr取代Cu/Al层状复合材料中的Cu,取代比例分别为0.25%、0.45%、0.65%、0.85%和1.05%。结果表明:随着Zr取代比例的增加,Cu-Zr/Al复合材... 采用分子动力学模拟方法研究了Zr含量对Cu/Al层状复合材料拉伸变形行为的影响,使用取代掺杂的方式用Zr取代Cu/Al层状复合材料中的Cu,取代比例分别为0.25%、0.45%、0.65%、0.85%和1.05%。结果表明:随着Zr取代比例的增加,Cu-Zr/Al复合材料的极限拉伸强度和最大拉伸应变呈现波动变化的趋势。当Zr的取代比例为0.85%时,复合材料的极限抗拉强度和最大拉伸应变最大,继续增加Zr的含量则会使极限拉伸强度和最大拉伸应变都减小。随着应变的增加,FCC结构、BCC结构以及HCP结构会发生相互转化,沿Y轴进行拉伸时,初始阶段相结构转变更加明显;随着Zr取代比例的增加,塑性变形过程中复合材料的晶型转变将会推迟进行,Shockley不全位错在塑性变形过程中起主导作用,且沿Y轴拉伸时的位错线长度大于沿Z轴拉伸时的位错线长度,同时由于Zr元素的加入,影响位错的扩散,导致复合材料的位错密度降低,从而提高其强度。 展开更多

关键词 cu-Zr/al复合材料 分子动力学模拟 拉伸变形机制

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热处理对Cu-Al复合界面显微组织结构与性能的影响 被引量：3

9

作者 李晗嫣 陈文革 刘洁 《材料热处理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期63-70,共8页

采用固-液复合法制备纯铜-纯铝复合材料。利用光学显微镜、XRD、SEM、EDS、显微硬度计和拉压万能试验机等手段研究结合界面的微观组织、相组成、成分分布、力学性能及断口特征。结果表明,在700℃下,可实现铜铝的固液复合,界面平整,存在... 采用固-液复合法制备纯铜-纯铝复合材料。利用光学显微镜、XRD、SEM、EDS、显微硬度计和拉压万能试验机等手段研究结合界面的微观组织、相组成、成分分布、力学性能及断口特征。结果表明,在700℃下,可实现铜铝的固液复合,界面平整,存在一定宽度的过渡层,有元素互扩散现象。在界面生成CuAl_2、CuAl、Cu_9Al_4、CuAl_3、CuAl_4等多种金属间化合物或固溶体。Cu-Al结合界面的宽度随退火温度升高而增加,生成的中间相因相互反应而减少,界面结合强度则逐渐增大。直接复合的结合强度为29.9 MPa,经200℃×2 h和400℃×2 h退火处理后的界面结合强度则分别为59.1 MPa和74.1 MPa。直接复合的断裂方式为偏向韧性的准解理断裂,断口凹凸不平,出现少量撕裂棱,经退火处理后发生典型的脆性断裂,断口出现明显的解理台阶及大量撕裂棱。提出铜/铝复合界面主要包括富铜区,富含金属间化合物的过渡区、富铝凝固区和富铝区4个区域。 展开更多

关键词 铜铝复合材料 退火处理 界面 扩散

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Cu-Al复合材料热性能实验研究

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作者 张海礁 吴迪 《黑龙江科技大学学报》 2023年第2期180-185,共6页

为探究Cu-Al复合材料界面对室温环境下导热性能的影响,通过研究热处理工艺条件对Cu-Al复合材料界面扩散层影响规律,揭示Cu-Al复合板导热机制。研究表明,当Cu、Al厚度比为1∶1,退火温度为400℃时,Cu-Al复合材料室温条件下热导率为37.26 W... 为探究Cu-Al复合材料界面对室温环境下导热性能的影响,通过研究热处理工艺条件对Cu-Al复合材料界面扩散层影响规律,揭示Cu-Al复合板导热机制。研究表明,当Cu、Al厚度比为1∶1,退火温度为400℃时,Cu-Al复合材料室温条件下热导率为37.26 W/(m·K),其导热性能最好,界面的扩散相主要为AlCu和Al 2Cu。在400℃退火热处理下,传热方式主要受界面结构影响,界面产生中间相的数量影响复合板导热性能,趋近于两种不同材质中间区域。随着保温时间延长,AlCu相增多,对于薄壁件其室温导热性能受界面组分影响较大。通过流延法所制备的Cu-Al复合板热处理后界面光滑、平整,热处理后界面层扩散明显。 展开更多

关键词 cu-al复合材料 界面 热性能

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感应烧结Fe-Cu-Al-石墨复合材料的力学性能和摩擦学性能 被引量：3

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作者 付传起 王宙 《材料保护》 CAS CSCD 北大核心 2011年第10期32-34,7,共3页

为了进一步提高材料的力学性能和摩擦学性能,以感应加热烧结的方法,制备了Fe-Cu-Al-石墨复合材料。利用XRD,EDS,SEM等分析了复合材料的组成、结构、表面形貌;研究了其力学性能、摩擦学性能及磨损机理。结果表明:Fe-Cu-Al-石墨复合材料... 为了进一步提高材料的力学性能和摩擦学性能,以感应加热烧结的方法,制备了Fe-Cu-Al-石墨复合材料。利用XRD,EDS,SEM等分析了复合材料的组成、结构、表面形貌;研究了其力学性能、摩擦学性能及磨损机理。结果表明:Fe-Cu-Al-石墨复合材料具有多孔结构;随着石墨含量的增加,复合材料的力学性能降低,摩擦学性能提高,石墨含量为4%时复合材料的摩擦学性能良好;在摩擦过程中,Fe-Cu-Al-石墨复合材料表面形成自润滑釉质层,摩擦机制由粘着磨损转变为磨粒磨损。 展开更多

关键词 摩擦学性能 摩擦学机制 力学性能 Fe-cu-al-石墨复合材料 感应烧结

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