《異種金屬複合旋壓的成形機理及界面熱阻的影響機制》是依託哈爾濱工業大學，由徐文臣擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：異種金屬複合旋壓的成形機理及界面熱阻的影響機制
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐文臣
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
異種金屬複合管以其低成本和適應複雜服役環境能力而在石化、海洋、電力及國防等領域套用日益增加。旋壓技術在異種複合管制造方面具有良好潛力，但界面結合強度較低使其套用受限。為此，本項目將以Steel/Al、Ti/Al和Mg/Al等複合管為對象，開展異種金屬複合旋壓成形機理和界面熱阻影響機制研究，主要包括：1、複合旋壓的變形機理和界面協調變形條件；2、複合旋壓的界面結合機制及性能相關性；3、界面熱阻對複合旋壓變形的影響機制；4、異種金屬旋壓複合管的成形質量控制及工藝最佳化。該研究針對異種金屬複合旋壓的瓶頸問題，將系統揭示異種金屬複合旋壓的變形機理、界面結合機制及界面熱阻的影響，提出異種金屬複合旋壓成形缺陷和界面強化的控制方法，獲得製造異種金屬旋壓複合管的最佳化工藝路線。該研究有助於建立異種金屬複合旋壓成形的理論方法，為高質量異種金屬複合管的製造提供科學指導，促進異種金屬複合管的套用。
結題摘要
異種金屬複合管因兼具基材和包覆管的性能、成本低廉、並可適應複雜服役環境而在石化、海洋、電力及國防等領域具有廣闊的套用前景。旋壓技術以工具簡單、工藝靈活等優點在異種複合管制造方面具有良好潛力，但界面結合質量受材料和工藝參數影響較大。為此，本項目以Al/Al、Cu/Al、Steel/Al、Ti/Al和Mg/Al等複合管為對象，採用理論分析、有限元仿真和實驗研究相結合的方法，開展異種金屬複合旋壓成形機理和界面熱阻影響機制研究，主包括以下四個方面：1、複合旋壓的變形機理和界面協調變形條件；2、複合旋壓的界面結合機制及性能相關性；3、界面熱阻對複合旋壓變形的影響機制；4、異種金屬旋壓複合管的成形質量控制及工藝最佳化。 研究結果表明，異種金屬複合旋壓過程中由於內外層存在旋輪局部載入引起的應力梯度，導致外層管坯變形大於內層變形。內管強度低於外管強度容易產生界面變形協調，促使界面複合。在一定範圍內升高旋壓溫度和增加減薄率有助於提高界面結合強度。旋壓複合過程中內外層界面存在元素互擴散，促使界面產生冶金結合。長時間旋後熱處理容易導致界面產生金屬間化合物，引起界面強度下降。界面熱阻使得異種金屬複合管間存在溫度梯度，通過控制複合管兩側的溫度梯度有利於改善界面兩側金屬的變形協調條件。內外管的界面結合受材料強度和熱膨脹係數的影響明顯：內管越軟，伸長越大，導致界面存在附加應力，影響界面結合；內外管熱膨脹係數相差較大，容易導致複合熱旋壓後內外管坯冷卻過程中收縮量差異，致使界面開裂。基於上述研究，提出了異種金屬複合旋壓成形缺陷（隆起、裂紋、界面開裂等）和界面強化的控制方法，獲得製造異種金屬旋壓複合管的最佳化工藝路線，製造出了高質量的Al/Al、Cu/Al、Steel/Al、Ti/Al、Mg/Al等複合管構件。該研究建立了異種金屬複合旋壓成形的理論方法，可為高質量異種金屬複合管的製造提供科學指導，有助於促進異種金屬管複合旋壓技術的套用。
