水平双辊焊接工艺和界面反应钢铝包覆板的铸造外文翻译资料

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水平双辊焊接工艺和界面反应钢铝包覆板的铸造

a Key Laboratory of Electromagnetic Processing of Materials (Ministry of Education), Northeastern University, Shenyang, 110819, China

b School of Mechanical, Materials and Mechatronic Engineering, University of Wollongong, Wollongong, NSW 2500, Australia

摘要:不对称和较低的传热，在双辊浇注(TRC)中产生与传统的TRC相比，包层使过程窗口窄。投入的影响在高浇注速度下，温度对工艺稳定性的影响更显著在其价值低的时候，铸造速度成为一个主要因素。扩散区宽度为Al / Fe接口依赖于固体/半固态接触时间。时间越长，相扩散区的范围越广。在浇注速度为1.25米/分钟的情况下，最宽的3.8米区域达到720◦C的注温度。用TRC的粘结强度取决于间扩散带减少宽度和滚动。混合扩散带宽度和滚压的适当组合能产生同样高的结合强度。达到了16n / mm的最高键强度铝的润湿，减少了29%的轧制和3.7米的跨扩散带钢表面的熔体是不均匀的，并且由于在TRC的短时间接触时间而不足。因此,相同与滚压过程相比，在TRC上的滚压降低使粘结强度降低。粘接强度当钢带的表面被刷掉时，由于减量，它的包层减少了实际的接触面积。

1 前言

不锈钢/铝包覆板广泛应用于各种工业领域，因其具有高强度、优异的优点不锈钢(SS)腐蚀和耐磨性能高热电导电性和低密度铝合金(Akramifard et al .,2014 a,b)。目前，使用最广泛生产SS / Al包层的方法(金和红，2014年)。与轧制相比，采用双辊铸造生产被覆板(TRC)有许多优点，例如能源和空间节省，短程序和较低的投资和成本(格里丁等，2013年)。然而，TRC的过程窗口相对狭窄，因为适当的热平衡应该建立(张等，2015)。作为一个结果,用TRC技术生产的被单没有投入使用由于缺乏工艺稳定性和薄板质量(Stolbchenkoet al .,2014)。此外，cl添加过程中形成的键合机制直到现在，TRC还不是很清楚。

正如Kim et al(2014年)所指出的，通过分析工艺参数和界面属性之间的关系，可以设计出一个好的粘合板。因此，有必要研究熔敷TRC的粘结过程和铸造参数对其的影响。

摘要对轧制被覆板的粘结机理进行了深入研究，并提出了几种理论，薄膜理论被广泛接受(Eizadjou等，2008)。然而，关于包层的成键过程的研究到目前为止，单片是很罕见的，而且没有任何一般的理论。不像在滚焊过程中，固体/半固态接触和热在TRC中，这使得bondingprocessmore复杂。Haga和铃木(2003)实验研究了这种方法冷却距离对基体的影响，浇注温度包覆金属，铸造速度和合金的液相温度在一个双辊连铸机上的条形和粘结条件一个熔化的刮水者和一个向下的熔化的刮水者。结果表明,当冷却的距离是150毫米和熔体温度叠加地带600◦C,叠加地带不能连接到基本条。较高的轧制速度使接触时间缩短，覆盖条无法连接到底座地带。此外，Hagaa和Takahashi(2004)也研究了在向下插入金属丝的复合材料的技术可行性melt-drag双转施法者。结果表明，该方法的插入金属线对铸造过程没有影响，粘合更重要可靠的时候电线很薄，滚动速度也很慢当熔化温度升高时。界面反应随着滚动速度变高，熔体温度降低，降低了温度。在Haga等人的设计中没有分离力实验。Bae等公司(2011年)研究了al / Mg技术由水平双辊铸造的覆层。结果表明,包覆带与底板接触，无任何可见

沿Mg / Al包层的缺陷。合适的参数和他们对黏合强度的影响没有研究。格里丁等人(2013年)研究了铝/钢双辊铸造在一个垂直滚动的脚轮上的包层。没有表面处理钢带在铸造前进行。在界面上发现了一个3米厚的金属间层。工艺参数的影响如熔化温度和浇注速率等werenotinvestigatedinthe研究。Hadadzadehet al .(2014a,b)模拟了一个复合镁带的TRC过程。不同的包覆金属被用来确定其对工艺可行性的影响。结果表明，纯锌不是一种可行的复合材料由于熔炼和铝合金是可行的材料。还发现，涂层厚度和厚度的影响涂层材料的材料化学成分(温度分布)是可以忽略的。公园(2016)用数值分析方法分析了垂直TRC的两种类型的包覆过程使用2D模型:mg - az31片在两边都被粘上了熔融的AA3003和熔融的mg - az31是与AA1100一起的双方的床单。结果显示在第一个casemg - az31片是在滚动压力下拉出张力，然后是有风险的吗在断裂和第二种情况下，mg - az31熔化是不完全的由于辊间的界面传热很低而固化和AA1100表。铸造参数对粘结的影响过程也没有被执行。

2。实验和模拟

2.1实验

钢/铝包层的水平TRC工艺这些资料已经在其他地方被描述过(陈等，2016)。水平的casterhas 2卷500毫米直径和500毫米宽。这卷是由一卷贝壳和一堆芯组成冷却水的通道。辊筒的厚度是滚动间隙和最大轧制力为3.8毫米2000 kNrespectively。Arefractorynozzle wasusedtodirectAA1100(wt %的成分是Al - 0.47 si - 0.26Fe)熔化为辊隙。党卫军409L(wt %的成分是Fe - 11.87 - 1.15Si - 0.21 - 0.13 -)厚度0.13 mg - 0.13Ni，厚度为0.25毫米从上辊表面之间的缝中穿过和喷嘴。为了使带钢与辊面紧密接触，夹辊被用来施加张力。调查钢带表面粗糙度对粘结强度的影响实验表明，条状表面被一层一层地刷过不锈钢钢丝刷以每分钟2500转的转速运行。在其他实验中，条状表面仍然保持原样没有变化。

用t型板对被覆板的粘结强度进行了研究剥离试验，也曾在以前的工作中被描述过(陈et al .,2016)。样品被从零件上切割下来，没有出现错误，也没有在表面上起皱。为了使结果可靠，为每张床单准备了三个样品。对其进行了剥离形态学研究具有能量色散分光计的显微镜.

2.2。模拟

找出铸轧区温度分布除了在Al / steel接口外，还使用了2D模型商业软件ANSYS基于描述的过程以上。基于先前的实验(李et al .,2015),三个值的Tp(680◦C,700◦C,720◦C)和三个值v(1.0米/分钟,1.25 m / min,1.5 m / min在模拟中使用。总之,九模拟是基于不同的组合方式进行的

上述参数。分析中有几个假设(1)AA1100融化是一种不可压缩的牛顿流体，它在计算领域的流动是层流;(2)滚动的变形可以忽略不计，滚动速度是恒定的;(3)AA1100合金的形变热是可以忽略的用熔体的热值;(4)钢带和上辊、AA1100合金和钢之间的接口没有相应的滑动(5)AA1100合金的物理性质仅是温度和温度的函数409L条是常量;(6)所有接口的热交换模式

对流。

模拟中的控制方程包括能量守恒方程、动量守恒方程(navier - stokes)

方程)和质量守恒方程(连续性方程)，列如下:

能量守恒方程

动量守恒方程

质量守恒方程

富集处密度(公斤/立方米);c的比热(J /(公斤◦c));◦C T温度();vx,v在x和y方向上的速度(米/秒),Kx,肯塔基州的导热系数x和y方向◦(W /(m C));gx,gy重力加速度的组件(在m / s2中);e的动态粘度(Pa);P(Pa)。热导(K)，比热(c)，密度()，粘度(e)AA1100合金和409L分别在表1和表2中显示。这些价值来源于ofIida和Guthrie(1988年)和ASM国际(1990年，b)，由插值决定。

采用了等效比热法(Li等，2015)用于说明凝固过程中释放的潜热被加入了AA - 1100合金的热量。

此处ce是等效的比热;c0是比热固化的潜热;TL和TS分别为AA1100合金的液相和固相温度。L、TL和TS的值3.874times;105 J /公斤,,分别为105℃.和643℃.

表一 不同温度下的AA1100合金的物理性能。

表二 不锈钢409L的物理性能

用二次元来网格计算域，即钢带、AA1100合金、上、下辊壳体。在织网后，钢带包含280个元素，即AA1100合金1961元素和辊贝壳9883元素。的网状AA1100合金在图1中显示。上部和下部的内壁喷嘴(图1的表面6和7)和喷嘴出口的垂直墙(表面4和5)是固定的墙壁和速度在这些表面的X和Y方向上都是零。外围的速度被加载到辊壳、钢带和上和下表面(表面2和3)的AA1100合金cast-rolling区。外围的速度是通过计算得出的v和坐标的关系。在Y方向上的速度入口(表面8)和出口(表面1)设置为0在出口处的X速度设置为v，入口的熔体压力和温度分别设置为0.001 Pa和Tp。是温度的初始值，压强，X速度和Y的速度AA1100合金分别是setto Tp、zero、v和zero。出口钢带的速度和初始温度将分别为v和25◦C,

确定了界面传热系数(IHTCs)根据接口和状态的接触紧密性在TRC的表面，基于王和艾尔的作品。(2014)和公园(2016年)。IHTC的值如表3所示指的是钢表面;上卷是指上辊表面AA1100合金;Rolllow指的是下辊表面和滚轴在辊筒的内表面。

图一 在模拟啮合中的AA1100合金

3结果与讨论

3.1逐步的过程

图2展示了在不同条件下的铸造区域的AA1100合金的温度场。传说中的间隔如此设置,糊状区(从643年643 C◦◦C)可以所示的细节。这些sump是用黄色表示的图中的楔形区域。温度场不是对称的X轴，与普通的是不同的(李等，2015)。这是由低热量转移引起的

接触点(点)之间的钢带和上滚之间的接口从上、下辊表面的固体外壳第一次见。同时，底壳深度和固液共存区均增强增加了Tp和v，注意到小的低温区在所有情况下出现在右上角，就像下面这样。当熔体从喷嘴喷出，与寒冷接触时钢带会让冷却。因为传热很低在接触点之前，在钢片和上辊表面之间转移到跑道上并不是完全被滚动和这条带子被融化后进一步加热，冷却消失。

集深比为固定距(特别提款权)和横摇在不同的条件下计算和显示图3(a)和(b)分别。轧制的减少是由完全固化和出口厚度决定的前滚和后滚厚度分别为哈达德扎德等人的工作(2014a,b)。特别提款权随著增加增加了Tp和v，而减少了滚动减少这两个参数的增加。◦C和680的斜率700◦C曲线几乎保持不变。但是，斜率是720◦C曲线是v的更高部分从1.0 /分钟到1.25 m / min从1.25米/分钟到150米/分钟的v节。结果,特别提款权的值和减少720年Tp◦C远高于

680 C和700◦◦C的情况下v(1.25米/分钟和1.5米/分钟然而，在1.0 m / min的v值上，值差异相对较小。可以得出结论:Tp的影响更显著在较高的v中，它相对较高，而v则成为主导

当它的值很小的时候。

赵等人(2011年)发现有20% - 25%的特别提款权是必要的为稳定的镁合金的TRC。Stolbchenko等人(2015)最小的塑性应变是决定因素稳定的铝TRC，找到相应的还原是25% - -30%。基于这些结果,1.0米/分钟 680 C◦条件似乎是最好的。然而，铸造工艺失败了一种经过短时间后在喷嘴中凝固的结果如图4(b)所示，在钢侧出现了一些褶皱。这些皱纹是由于不均匀的变形引起的在钢带中，也意味着滚动的减少大。虽然没有在1.0 m / min中发生预固化 700 C和1.0米/分钟 720◦◦C的情况下,一些皱纹仍然出现了在钢表面，这表明轧制还原是仍然太大。1.25米/分钟 700◦C表相对完整的外形和良好的外观，不会出现错误或皱纹

图4所示(一个)。图4中显示的中间错误1.25米/分钟 720◦C,1.5米/分钟 680 C和1.5米/分钟 700◦◦C由合金造成的不完全冷却和固化的薄片在铸轧区。两个150米/分钟的错误甚至比1.25米/分钟的数据还要严重。稳定的铸造条件应该是1.25米/分钟 700◦C。

表三模拟中不同接口的IHTCs:kW /(m2 K)。

图二 cast-rolling区的温度场的不同组合下施法速度(米/分钟)和浇注温度(◦C)

图三 在浇注速度和浇注温度的不同组合下，(a)和(b)

图四 钢/铝复合片具有不同板形状(与钢铁表面上方):(a)好板形状与轻微泄漏(Tp 700◦C和v

1.25米/分钟);(b)与皱纹单包覆钢(Tp 680◦C和v 1.0米/分钟);(C)表与中间滞流(Tp 680◦C和v 1.5米/分钟)。

摘要铸造区的热输入和输出主要依靠分别在Tp和v上。在恒v下的高Tp意味着更多在恒定的温度下加热输入和更高的v意味着冷却时间更短的和更少的热量被面包卷拿走。当Tp或v也是在图3(b)中显示，在滚动的厚度之前，厚度太大。结果，分离力和拉伸应力在薄板上

太大了(张et al,2012)，会造成什么皱纹钢表面如图4所示。当Tp或v过高时，熔体可能不能完全填满施放区，甚至不能在出滚前完成凝固，结果是中间如图4所示，错误运行表单。根据引用(Iida格思里。1988年，熔体粘度与水粘度之

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