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《中南大学》 2004年
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铝双辊铸轧过程数值模拟及工艺因素对纯铝带坯显微组织的影响

彭成章  
【摘要】:近十年来,接近于成品尺寸的薄带双辊快速铸轧技术的研究引起了国际上的极大重视,全面解决其实现产业化的关键技术是目前冶金及材料领域的一项前沿课题。该技术不仅可以显著提高生产效率、节约能源和降低生产成本,在改善铸轧板带坯质量方面亦具有很大潜力。因此,对双辊快速铸轧理论及铸轧过程显微组织形成机理进行深入研究具有非常重要的意义。 本文通过铸轧过程系统传热特性的分析,建立了双辊连续铸轧过程凝固传热的一维瞬态数学模型。在数学模型中,首次将晶体生长过程的动力学条件引入液/固界面控制方程。根据所建的数学模型,系统地研究了铸轧辊套材料(钢辊和铜辊)及铸轧工艺参数(铸轧速度、浇注温度、铸轧辊尺寸及环境温度等)对铸轧凝固过程的影响规律,研究表明:影响凝固进程的因素主要有辊套材料的热物性参数、铸轧速度及铸轧辊直径。所得结论为铸轧铝带坯的工艺控制提供了理论依据。其次,应用该数学模型可进一步深入研究铸轧区金属凝固组织形成机理。 根据铸轧铝带坯具有高温粘塑性变形特点,应用流体力学理论,建立了铸轧变形区金属流体流动速度、应变速率和压力分布的近似解析数学模型。该模型不仅有助于了解铸轧变形过程中金属的流动状态,还能为流变应力的计算提供条件,从而为铸轧过程铝带坯的显微组织演变机理的研究打下基础。 在实验室小型铸轧机和工业铸轧机上进行了2~6mm纯铝带坯的大量铸轧试验,利用金相显微镜和透射电镜对铸轧纯铝带坯进行了微观组织观察和分析,并对纯铝带坯进行了力学性能试验。试验结果表明,对于铜和钢两种辊套材料,在铸轧速度较低时,铝带坯的凝固组织均为粗大的柱状晶,随着铸轧速度的提高,铝带坯的凝固组织由柱状晶向等轴晶转变,以至于快速铸轧铝带坯在厚度方向均为等轴晶组织。并且随着铸轧速度的提高、铝带坯厚度的减小,晶粒尺寸减小,铝带坯的力学性能和深冲性能显著提高。在铝熔体中加入Al-Ti-B晶粒细化剂,在不同铸轧速度下均可获得等轴晶组织,但快速铸轧薄铝带坯的晶粒明显细化。在薄铝带坯的铸轧过程中,由于外摩擦和变
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