层状铝合金复合材料连铸坯界面质量控制研究

Laminar metal composite material is an important branch of composite material, which is prepared by some advanced composite technology, achieving a good combination of two different alloys with different physical, chemical, and mechanical properties. Laminar metal composite materials are widely used in many fields, such as aerospace, petroleum, chemical, shipbuilding and automobile industries. Laminar metal composite material is conventionally manufactured by roll bonding, cast bonding, explosive welding, etc. Among them, continuous casting is an ideal method for producing laminar metal composite material because it realizes liquid state contact between two metals directly and avoids the problem of low bonding strength due to oxide, inclusion and greasy dirt. Therefore, this method has drawn great attention in recent years. However, in the continuous casting preparation process of laminar metal composite materials, how to avoid the mixed flow of molten metal to obtain smooth, continuous, stable and strong composite interface, is still the key to solve the problem of technology. In this paper, 3xxx and 4xxx aluminum alloys, commonly used in industrial production, are choosed for the the typical alloys in the research of continuous casting process for preparing different shapes of laminar metal composites to study the problems of interface control and casting forming. This research will provide the theoretical guidance for industrialization of the direct chilled continuous casting technology for preparing laminar aluminum composite materials.

层状金属复合材料，是将两种或多种具有不同特性的金属或合金在目标界面处实现牢固结合获得的一种新型复合材料，被广泛地应用于汽车工业、飞机制造、化工环保设备等领域。目前层状金属复合材料的制备成形技术主要包括爆炸焊接法、轧制复合法、连续铸造法等。其中，采用连铸工艺生产的层状金属复合材料，具有界面清洁且结合强度高、经济环保、可连续化生产等优点，受到国内外学者越来越多的关注。但是，在连续铸造法制备层状金属复合材料的过程中，如何避免金属液的相互混流从而获得平整、连续、稳定以及牢固的复合界面，仍然是该技术亟需解决的关键问题。本项目选取层状金属复合材料工业生产中常用的3系和4系铝合金为典型，以不同形状的铝合金层状复合材料为对象，针对连续铸造过程中复合界面的控制问题以及复层铸坯的成型问题进行研究，从而为铝合金层状复合材料直冷连续铸造制备技术的工业化应用提供了理论指导。

层状金属复合材料，是将两种或多种具有不同特性的金属或合金在目标界面处实现牢固结合获得的一种新型复合材料，被广泛地应用于汽车工业、飞机制造、化工环保设备等领域。其中，采用连铸工艺生产的层状金属复合材料，具有界面清洁且结合强度高、经济环保、可连续化生产等优点，受到国内外学者越来越多的关注。但是，在连续铸造法制备层状金属复合材料的过程中，如何避免金属液的相互混流从而获得平整、连续、稳定以及牢固的复合界面，仍然是该技术亟需解决的关键问题。本项目建立了一个描述铝合金层状复合材料直冷连续铸造过程准稳态阶段的数学模型，利用该模型研究了不同工艺参数对各形状铝合金层状复合材料直冷连续铸造过程的影响，分析了铝合金层状复合界面的稳定性和完整度，有效指导了铝合金层状复合材料连铸坯的制备。首先对外径为160mm的3003/4004铝合金层状复合圆坯的直冷连续铸造过程进行了数值模拟与实验研究，成功制备出了界面复合良好3003/4004铝合金层状复合圆坯。其次对横截面为300mm×160mm的3003/4004铝合金层状复合板坯的直冷连续铸造过程进行了数值模拟与实验研究，成功获得了界面清晰平直的3003/4004层状复合板坯。最后针对薄壁管坯近终形连铸过程中充型困难的问题，开发了利用旋转电磁搅拌作用进行电磁充型的层状复合管坯水平连铸技术，对外径为86mm壁厚为21mm的3003/4045铝合金层状复合管坯的电磁充型水平直冷连铸过程进行了数值模拟与实验研究，成功制备出了3003/4045铝合金层状复合管坯。该项目的研究为铝合金层状复合材料直冷连续铸造制备技术的工业化应用提供了理论指导和研究思路。