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本書是由燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院、國(guó)家冷軋板帶裝備及工藝工程技術(shù)研究中心黃華貴教授課題組根據(jù)多年的科學(xué)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)編寫而成的。全書共9章，詳細(xì)介紹了金屬包覆材料固-液鑄軋復(fù)合技術(shù)開發(fā)全流程，內(nèi)容包括技術(shù)構(gòu)想、工藝布局、樣機(jī)設(shè)計(jì)、過程仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、性能表征、機(jī)理分析等系統(tǒng)研究過程。本書的工藝技術(shù)與理論方法新穎，具有很好的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值，可供有色金屬成形機(jī)械設(shè)計(jì)、制造及層狀金屬復(fù)合材料生產(chǎn)等工程技術(shù)人員使用，也可供高等院校有關(guān)專業(yè)的教師、研究生參考。

金屬包覆材料是層狀金屬復(fù)合材料的一個(gè)重要分支，由于其兼具兩種或兩種以上不同組元金屬材料的性能優(yōu)勢(shì)，形成了集功能和結(jié)構(gòu)為一體的獨(dú)特綜合性能，在滿足耐蝕、高強(qiáng)度、高導(dǎo)電和高導(dǎo)熱等特殊服役性能的同時(shí)，也成為節(jié)約貴金屬、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化的有效途徑。典型產(chǎn)品包括銅/鋁復(fù)合線、銅/鋼復(fù)合棒、銅/鈦復(fù)合管、鋁/鈦復(fù)合管、黃銅/純銅復(fù)合絞線等，被廣泛用于航空航天、軌道交通、石油化工、電力電子等領(lǐng)域。金屬包覆材料通常具有環(huán)形包覆幾何特征，強(qiáng)電流、高頻、沖擊、疲勞、高溫、腐蝕等極端服役環(huán)境對(duì)界面結(jié)合強(qiáng)度、組元基體性能及其周向均勻性提出了極為苛刻的要求。脹形、拉拔、軋制、旋壓等傳統(tǒng)固相復(fù)合成形工藝在石油復(fù)合管、復(fù)合信號(hào)纜、銅/鋁復(fù)合電工排等金屬包覆產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)方面發(fā)揮了重要作用，但由于固相復(fù)合需要預(yù)先將覆層管材和芯材進(jìn)行套裝，且界面變形量往往比較有限，實(shí)際生產(chǎn)中面臨著預(yù)套裝配合精度要求高、界面結(jié)合強(qiáng)度弱等問題。在大力推進(jìn)制造業(yè)綠色化、智能化背景下，發(fā)展高效、短流程、形性可控的金屬包覆材料連續(xù)成形技術(shù)一直是行業(yè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)，對(duì)豐富層狀金屬復(fù)合材料制備理論和促進(jìn)行業(yè)進(jìn)步具有重要現(xiàn)實(shí)意義。2012年，作者基于層狀金屬復(fù)合板帶固液鑄軋復(fù)合技術(shù)研究的基礎(chǔ)，萌生了在鑄軋輥面開設(shè)閉式圓形孔型，將固態(tài)基體金屬與液態(tài)覆層金屬同步喂入近似環(huán)形鑄軋區(qū)，利用固液鑄軋復(fù)合成形原理實(shí)現(xiàn)金屬包覆材料連續(xù)近終成形的技術(shù)設(shè)想，申請(qǐng)并授權(quán)了發(fā)明專利一種采用冷芯連續(xù)鑄軋工藝生產(chǎn)雙金屬復(fù)合管材或棒材的方法（專利號(hào)：ZL2012103009992）。之后圍繞該技術(shù)構(gòu)想開展了較為系統(tǒng)的理論與實(shí)踐研究工作，陸續(xù)授權(quán)發(fā)明專利一種雙金屬層狀復(fù)合管固液復(fù)合鑄軋機(jī)（專利號(hào)：ZL2015104809166）和制備高電導(dǎo)金屬包覆材料的多輥連續(xù)鑄軋?jiān)O(shè)備及其方法（專利號(hào)：ZL2020105370049），經(jīng)過近十年的不懈探索與嘗試，初步驗(yàn)證了所提技術(shù)構(gòu)想的可行性和優(yōu)越性。為此，作者在學(xué)習(xí)和消化國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究工作的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)梳理與總結(jié)了過去十年在金屬包覆材料固液鑄軋復(fù)合理論與實(shí)踐方面的研究成果，編寫成本書，以期對(duì)豐富金屬包覆材料高效連續(xù)近終成形技術(shù)和發(fā)展特種孔型鑄軋理論有所裨益。本書詳細(xì)介紹了金屬包覆材料固液鑄軋復(fù)合技術(shù)開發(fā)全流程，內(nèi)容包括技術(shù)構(gòu)想、工藝布局、樣機(jī)設(shè)計(jì)、過程仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、性能表征、機(jī)理分析等系統(tǒng)研究過程。本書在內(nèi)容組織與結(jié)構(gòu)安排上，以數(shù)值模擬、物理模擬、理論建模與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方式開展研究工作成果的介紹，彼此互為驗(yàn)證，力求理論聯(lián)系實(shí)際，突出實(shí)用性和先進(jìn)性，為廣大讀者提供一本實(shí)用的技術(shù)著作。本書由黃華貴、季策、孫靜娜共同撰寫。本書介紹的研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃變革性技術(shù)關(guān)鍵科學(xué)問題基礎(chǔ)重點(diǎn)專項(xiàng)高品質(zhì)金屬復(fù)合板高效制備原理與技術(shù)基礎(chǔ)（No2018YFA0707300）、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目高導(dǎo)電金屬包覆材料冷芯連續(xù)鑄軋復(fù)合成形機(jī)理與性能調(diào)控（No51974278）、河北省自然科學(xué)基金杰出青年基金項(xiàng)目復(fù)合材料固液鑄軋成形理論及產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)研究（NoE2018203446）和河北省高等學(xué)�？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目雙金屬復(fù)合管冷芯連續(xù)鑄軋復(fù)合成形機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究（QN2015214）的資助。在撰寫過程中，得到了燕山大學(xué)國(guó)家冷軋板帶裝備及工藝工程技術(shù)研究中心孫登月教授、許石民教授、涿神有色金屬加工專用設(shè)備有限公司宋建民總工程師等專家的指導(dǎo)和幫助，參考了國(guó)內(nèi)外有關(guān)專家和學(xué)者的文獻(xiàn)資料，在此由衷地表示感謝！

第1章金屬包覆材料工程應(yīng)用與制備技術(shù)研究現(xiàn)狀111應(yīng)用需求概述1111金屬基復(fù)合材料及其分類1112典型金屬包覆材料及其工程應(yīng)用212雙金屬復(fù)合管材制備技術(shù)3121固固相復(fù)合技術(shù)4122固液相復(fù)合技術(shù)8123液液相復(fù)合技術(shù)9124其他復(fù)合技術(shù)1113雙金屬復(fù)合線棒材制備技術(shù)12131固固相復(fù)合技術(shù)12132固液相復(fù)合技術(shù)14133液液相復(fù)合技術(shù)16134制備技術(shù)對(duì)比分析1714復(fù)雜截面材料鑄軋技術(shù)17141雙輥鑄軋技術(shù)發(fā)展概況17142橫向變截面板帶鑄軋技術(shù)18143縱向變截面板帶鑄軋技術(shù)21144圓形截面材料鑄軋技術(shù)26145復(fù)雜截面材料鑄軋技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)2715金屬包覆材料固液鑄軋復(fù)合技術(shù)29151技術(shù)原理與核心優(yōu)勢(shì)29152各章節(jié)主要內(nèi)容30第2章雙金屬復(fù)合管雙輥固液鑄軋復(fù)合原理樣機(jī)設(shè)計(jì)3221固液鑄軋復(fù)合原理樣機(jī)設(shè)計(jì)32211孔型鑄軋輥系設(shè)計(jì)32212環(huán)形布流器設(shè)計(jì)32213堵流開澆工藝及裝置設(shè)計(jì)33214固液鑄軋復(fù)合原理樣機(jī)總裝配3522環(huán)形布流器穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)模擬優(yōu)化35221模型網(wǎng)格劃分及前處理35222模擬結(jié)果分析36223水模實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證3723開澆階段瞬態(tài)充型模擬優(yōu)化39231模型簡(jiǎn)化及假設(shè)39232開澆階段流動(dòng)及充型特性數(shù)值模擬40233開澆階段鑄軋區(qū)液位波動(dòng)分析4124雙輥固液鑄軋復(fù)合可行性驗(yàn)證43241環(huán)形布流器布流效果驗(yàn)證43242鋁/鉛固液鑄軋復(fù)合實(shí)驗(yàn)44243存在的問題及改進(jìn)方案44第3章雙金屬復(fù)合管雙輥固液鑄軋復(fù)合實(shí)驗(yàn)研究4631實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法46311實(shí)驗(yàn)材料46312熔煉設(shè)備47313界面分析設(shè)備及方法47314壓扁實(shí)驗(yàn)設(shè)備47315復(fù)合管取樣分析位置4832鋼/鋁固液鑄軋復(fù)合49321鋼/鋁復(fù)合材料應(yīng)用背景49322鋼/鋁復(fù)合管鑄軋復(fù)合及界面形貌49323鋼/鋁復(fù)合管結(jié)合性能測(cè)試5133銅/鋁固液鑄軋復(fù)合52331銅/鋁復(fù)合材料應(yīng)用背景52332銅/鋁復(fù)合管鑄軋復(fù)合及界面形貌52333銅/鋁復(fù)合管結(jié)合性能測(cè)試54334銅/鋁復(fù)合棒鑄軋復(fù)合及界面形貌5434鈦/鋁固液鑄軋復(fù)合56341鈦/鋁復(fù)合材料應(yīng)用背景56342鈦/鋁復(fù)合管鑄軋復(fù)合56第4章雙金屬復(fù)合管雙輥固液鑄軋復(fù)合過程模擬5841鑄軋區(qū)穩(wěn)態(tài)熱流耦合數(shù)值模擬58411固液鑄軋區(qū)幾何模型58412模型簡(jiǎn)化及邊界條件59413凝固點(diǎn)周向分布及分區(qū)60414熔池高度對(duì)凝固點(diǎn)周向分布和流場(chǎng)影響61415名義鑄軋速度對(duì)凝固點(diǎn)周向分布和流場(chǎng)影響63416覆層金屬澆注溫度對(duì)凝固點(diǎn)周向分布和流場(chǎng)影響64417凝固點(diǎn)高度及鑄軋區(qū)出口平均溫度預(yù)測(cè)模型6442固液鑄軋復(fù)合過程熱力耦合模擬67421模型及邊界條件67422軋制力變化曲線68423復(fù)合界面溫度和應(yīng)力分布68424芯管周向接觸應(yīng)力分布69第5章金屬包覆材料多輥固液鑄軋傳熱行為分析7151材料性能參數(shù)71511工業(yè)純銅T271512低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Q355B72513輥套用低合金結(jié)構(gòu)鋼42CrMo7352傳熱過程分析75521熱量傳遞基本方式75522接觸界面演變及傳熱機(jī)理79523鋼銅固液界面?zhèn)鳠嵯禂?shù)反求推測(cè)82524多輥固液鑄軋復(fù)合技術(shù)熱阻網(wǎng)絡(luò)8953鑄軋區(qū)幾何均勻性分析92531鑄軋區(qū)幾何特征92532鑄軋輥名義半徑影響94533鑄軋輥孔型半徑影響97534鑄軋區(qū)熔池高度影響9954傳熱均勻性對(duì)比分析101541熱流耦合仿真模型101542布置模式對(duì)比103543工藝布局優(yōu)化106第6章金屬包覆材料三輥固液鑄軋復(fù)合原理樣機(jī)設(shè)計(jì)10861三輥固液鑄軋復(fù)合原理樣機(jī)設(shè)計(jì)108611鑄軋機(jī)主機(jī)座108612熔煉澆注系統(tǒng)111613主傳動(dòng)系統(tǒng)111614原理樣機(jī)虛擬裝配11162三輥固液鑄軋復(fù)合原理樣機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化112621基體金屬預(yù)熱溫度控制方法112622鑄軋輥冷卻能力影響因素分析118623開澆工藝方案優(yōu)化12363工藝參數(shù)影響規(guī)律分析124631模型簡(jiǎn)化及邊界條件124632熔池高度影響125633名義鑄軋速度影響125634覆層金屬澆注溫度影響126635基體金屬預(yù)熱溫度影響127636基體金屬半徑影響12764工藝窗口預(yù)測(cè)及平臺(tái)搭建128641工程計(jì)算模型構(gòu)建128642合理工藝窗口預(yù)測(cè)129643實(shí)驗(yàn)平臺(tái)安裝調(diào)試130第7章金屬包覆材料三輥固液鑄軋復(fù)合實(shí)驗(yàn)研究13271鑄軋復(fù)合實(shí)驗(yàn)方案132711實(shí)驗(yàn)操作流程132712檢測(cè)控制系統(tǒng)133713關(guān)鍵測(cè)試方案133714典型樣品缺陷及原因13472側(cè)耳產(chǎn)生機(jī)理分析135721仿真模型135722配合間隙對(duì)側(cè)耳影響136723凝固點(diǎn)高度對(duì)側(cè)耳影響138724實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及解決方案13973工藝參數(shù)測(cè)試及熱處理工藝制定策略140731鑄軋區(qū)溫度壓力測(cè)試140732熱處理工藝制定策略14174熱流組織多場(chǎng)耦合分析142741控制方程142742邊界條件1437

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