铜包铝电力扁排轧制工艺数值模拟及实验研究
Numerical Simulation and Experimental Study of Copper Cladding Aluminum Electric Flat Bar in the Rolling Process
作为新型导体,铜包铝电力扁排具有重量轻和价格便宜等优点,可广泛用于母线槽导体,中、高频加热设备,化工冶金领域的大型汇流排等。本文提出了一种采用铜包铝复合棒材平辊轧制成形导电扁排的新工艺。在本文中,采用刚塑性有限元法,分析铜包铝复合棒材平辊轧制过程中不同道次的金属变形行为,以及工艺参数对轧制变形和铜层均匀度的影响。最后,以套管铜包铝经过拉拔后的铜包铝棒材为对象进行轧制实验,分析压下率和压下制度对宽展、铜层均匀度、铜铝界面组织的影响,同时研究了温度对铜铝界面组织的影响。数值模拟和实验研究的结果表明,轧件宽展率与压下率之间存在着较为明显的线性关系。在第一道次轧制中,宽展以侧边自由变形宽展为主,而在后续轧制道次中,滑动宽展的影响增大,侧边自由变形的宽展影响减小。增大坯料与轧辊表面间的摩擦系数和轧辊直径,有利于获得更大的宽展和更均匀的铜层分布。在轧制设备容许和铜层边部拉应力小于纯铜抗拉强度的情况下,应尽量提高第一道次压下率,以增加铜铝结合力;第二道次压下率增加使铜层不均匀趋势增大,铜层侧部金属会产生开裂现象。有限元计算结果与实验结果具有较好的一致性。在总压下量一定时,采用较少的轧制道次,可获得较大宽展,铜铝复合界面结合良好,断面铜层分布均匀的铜包铝扁排。在铜包铝复合棒材热轧过程中,随着压下率和轧制速度的增大,轧制变形区铜包铝排的温度升高幅度增大,轧后铜包铝排边部金属的温度高于中部金属,温度等高线分布呈现椭圆形。热轧时,应适当提高轧前温度,以减小轧制力,增大铜铝金属的流动速度；升高退火温度,延长退火时间,铜铝结合面过渡层厚度增大。在铜包铝棒材轧制成形铜包铝电力扁排的过程中,应减少轧制道次,加大第一道次压下率,提高轧制温度,减小摩擦系数,增大轧辊直径。
- 作者：
- 王辉
- 学位授予单位：
- 北京有色金属研究总院
- 专业名称：
- 材料科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2012年
- 导师姓名：
- 沈健
- 中图分类号：
- TG335
- 关键词：
- 铜包铝；扁排；数值模拟；平辊轧制
- Copper cladding aluminum；Flat bar；Finite element simulation；Flat rolling