Cu-Al复合材料连铸直接成形数值模拟研究-物理化学学报.PDFVIP

ACTA METALLURGICA SINICA Cu-Al 复合材料连铸直接成形数值模拟研究 1,2 1,2 1 1 1 1,2 刘新华 付华栋 何兴群 付新彤 江燕青 谢建新 1 北京科技大学新材料技术研究院 北京 100083 2 北京科技大学材料先进制备技术教育部重点实验室 北京 100083 摘 要 高性能Cu-Al 复合材料在航空航天等领域具有广阔的应用前景，连铸复合成形技术是近年来开发的一种制备高性能Cu-Al 复合材料的高 效短流程新技术，数值模拟是研究连铸复合成形凝固过程的有效方法。本工作建立了 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，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ProCAST 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，给出了合理工艺参数的范围， 并结合模拟的参数做了相应的实验探究。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 、铜包覆层厚度（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1600~2000 L/h ，二冷水流量900~ 1300 L/h ，二冷 水距结晶器出口距离30 mm ，拉坯速度60~80 mm/min ；制备厚度20 mm 、宽度75 mm 、铜包覆层厚度（4~7 mm ）的Cu-Al 复合板坯可行的工艺参 数为：铜液温度1250 ℃，Al 液温度760~800℃，拉坯速度40~80mm/min ，Al 液导流管长度20 mm 。 关键词 Cu-Al 复合材料，连铸复合成形，温度场，数值模拟 中图分类号 TG156.2 文章编号 0412-1961(2018)02-0000-00 Numerical Simulation Analysis of Continuous Casting Cladding Forming for Cu-Al Composites LIU Xinhua 1,2, FU Huadong 1,2, HE Xingqun 1, FU Xintong 1, JIANG Yanqing 1, XIE Jianxin 1,2 1 Institute for Advanced Materials and Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2 Key Laboratory for Advanced Materials Processing (MOE), University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China Correspondent: XIE Jianxin, Tel: (010 E-mail: jxxie@mater.ustb.edu.cn Supported by National High-Tech Research and Development Program of China Projects (No.2013AA030706), Beijing Science and Technology Project (No.Z141100004214003) and Science and Technology Cooperation Project of Yunnan Province (No.2015IB01