条形材铸轧区温度场分布及气隙对铸轧过程的影响

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条形材铸轧技术作为冶金及材料研究领域内的一项前沿技术,是一项将快速凝固和变形结合在一起的技术。该技术属于冶金成形技术领域,具体涉及一种可用于液态金属直接浇铸单线或双线条形材双辊式连续铸轧新工艺。目前,金属条形材的传统生产方式多采用连铸→开坯→粗轧→中轧→精轧→连轧→卷曲或切定尺等多道工艺生产而成的条形材。这种旧的生产工艺生产成本高,占地面积大,车间跨度大,增加了设备投资和整体工程造价。本技术有效地缩短了生产流程,降低了机组的制造成本,吨价消耗费用大幅降低,成品组织和性能可得到明显改善。由于铸轧速度的提高,铸轧区内金属的流变行为被强化,高温液-固流变更为突出,在液-固临界点迅速进入强力轧制,对于这种状态下铸轧区温度场的研究还是较少,其间条形材的热力学行为亦难以用传统的规律来分析。为了能准确认识快速铸轧中的一些新现象和建立条形材生产过程中最优工艺系统,对极为强化的条形材铸轧过程温度场基本规律的研究己是十分迫切的需要。本文在总结板带铸轧技术研究现状的基础上,结合连续铸轧特点,利用有限元法研究了成型界面的传热机理、多重耦合机制下的系统传热规律以及高梯度温变成型界面的传热特点,在Gleeble-1500热/力模拟实验机进行了快速铸轧过程的物理模拟实验研究,分别在不同的应变速率、应变量、应变温度下对铝的应变力进行了分析,同时,对铝合金在液固相变与热形变过程中的流变行为及其影响因素进行了系列的实验研究,获得了铝材在这一特定过程中应变力的变化情况。由于条形材双辊铸轧过程中工艺参数间的匹配较复杂,如果采用实验的方法来研究工艺因素变化对薄带凝固组织的影响,则难度高、工作量大。而采用数值模拟的办法,则可以大幅度减少工作量。基于传热学和有限元基本理论,建立了凝固过程条形材与轧辊热传导耦合分析的有限元数学模型,在此基础上应用ProCAST软件对条形材铸轧过程温度场进行了分析,获得了在一定条件下铸轧区的温度场和铸轧辊的温度场的变化情况。并且针对气隙对铸轧过程的界面接触热阻、接触载荷、传热的影响进行了研究。
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