施兵兵等：银包铝棒材立式连铸复合成形制备工艺 .637. 行连铸，同时采用与试验完全相同的条件进行模 4(b)所示. 拟实验，对模具的温度变化进行监测.并且，将实 若芯部金属的凝固界面在芯管出口以上，已凝 际测量结果、连铸所得实验样品与模拟结果对比， 固的芯部金属会堵塞芯部金属液出口，使其难以连 当实验结果与模拟结果各项指标均吻合时，即可 续填充到包覆层管内或根本无法填充.若芯部铝锌 证实模拟条件的准确性 合金的凝固界面在芯管出口下部太低的位置（图5 通过进行铝包铝锌合金的连铸模拟，进行多组 (a),芯部金属填充会比较顺畅，但芯部金属液与 参数组合模拟后，选取了以下三组有代表性的模拟 包覆层接触时间、长度均会增加，容易熔蚀包覆层， 结果进行验证，其工艺参数如表2所示.图4所示 乃至熔穿包覆层.只有当两种金属的固液界面位置 为I组模拟计算和实验结果 均适宜时（图5(b)),即铝锌凝固界面在芯棒管出 表2验证实验中的工艺参数选择 口下一定位置时，才会得到良好的复合效果，实际如 Table 2 Process parameters of the validation experiment 图6所示. 凝固率% 冷却水 连铸 芯管 合金 温度℃ 温废℃ 凝固率% 铝连铸 (a) (b) 组别 流量/ 速度/ 长度/ 连铸 温度/℃ (L.h-1)(mm-min-1) mm 温度/℃ 813 700 I 300 30 40 720 600 300 吃 30 720 600 Ⅲ 300 45 30 720 600 温度/℃ 凝固率/% a b) 700 图5模拟结果.(a)Ⅲ组：(b)Ⅱ组 Fig.5 Simulation results:(a）groupⅢ；(b)groupⅡ 此外，实验中还测量了三处关键位置的温度， 具体位置如图2中a、b、c三点，并与模拟结果对 比，从而将模型与实际情况进行定量比较，结果如 表3所示. 上述a点温度为铝的熔化温度，b点温度为铝 的连铸温度，是试验中主要调控的温度，数据显 示，各组试验中两处温度匹配良好.℃点温度为芯 管出口处温度，因为模具尺寸限制，测温点选择靠 模具表面，测温准确性受到一定影响，该组数值作 图4I组实验.(a)模拟结果：(b)实验结果 为参考.经三组实验验证，此模型的各组边界条件 Fig.4 Group I experiment:(a)simulation results:(b)experi- 是合理的 mental results 3银包铝连铸复合过程的有限元数值模拟 图4(a)所示为连铸复合成形过程中，锌合金 的凝固位置刚好位于芯管出口附近的情况，在此 3.1模拟工艺参数 工艺条件下，合金处于半凝固状态，流动性和补缩 在连铸实验中影响温度场的工艺参数较多， 能力很差.此时芯部的金属填充不顺畅，充填难以 需要着重考察的包括：银、铝的熔炼温度，连铸速 密实，凝固收缩后形成明显的孔洞，实际结果如图 度，冷却水流量和芯管长度.为了提高计算效率，施兵兵等: 银包铝棒材立式连铸复合成形制备工艺 行连铸,同时采用与试验完全相同的条件进行模 拟实验,对模具的温度变化进行监测. 并且,将实 际测量结果、连铸所得实验样品与模拟结果对比, 当实验结果与模拟结果各项指标均吻合时,即可 证实模拟条件的准确性. 通过进行铝包铝锌合金的连铸模拟,进行多组 参数组合模拟后,选取了以下三组有代表性的模拟 结果进行验证,其工艺参数如表 2 所示. 图 4 所示 为玉组模拟计算和实验结果. 表 2 验证实验中的工艺参数选择 Table 2 Process parameters of the validation experiment 组别 冷却水 流量/ (L·h - 1 ) 连铸 速度/ (mm·min - 1 ) 芯管 长度/ mm 铝连铸 温度/ 益 合金 连铸 温度/ 益 玉 300 30 40 720 600 域 300 30 30 720 600 芋 300 45 30 720 600 图 4 玉组实验. (a) 模拟结果; (b) 实验结果 Fig. 4 Group 玉 experiment: ( a) simulation results; ( b) experi鄄 mental results 图 4( a) 所示为连铸复合成形过程中,锌合金 的凝固位置刚好位于芯管出口附近的情况,在此 工艺条件下,合金处于半凝固状态,流动性和补缩 能力很差. 此时芯部的金属填充不顺畅,充填难以 密实,凝固收缩后形成明显的孔洞,实际结果如图 4( b)所示. 若芯部金属的凝固界面在芯管出口以上,已凝 固的芯部金属会堵塞芯部金属液出口,使其难以连 续填充到包覆层管内或根本无法填充. 若芯部铝锌 合金的凝固界面在芯管出口下部太低的位置(图 5 (a)),芯部金属填充会比较顺畅,但芯部金属液与 包覆层接触时间、长度均会增加,容易熔蚀包覆层, 乃至熔穿包覆层. 只有当两种金属的固液界面位置 均适宜时(图 5( b)),即铝锌凝固界面在芯棒管出 口下一定位置时,才会得到良好的复合效果,实际如 图 6 所示. 图 5 模拟结果. (a) 芋组; (b) 域组 Fig. 5 Simulation results: (a) group 芋; (b) group 域 此外,实验中还测量了三处关键位置的温度, 具体位置如图 2 中 a、b、c 三点,并与模拟结果对 比,从而将模型与实际情况进行定量比较,结果如 表 3 所示. 上述 a 点温度为铝的熔化温度,b 点温度为铝 的连铸温度,是试验中主要调控的温度,数据显 示,各组试验中两处温度匹配良好. c 点温度为芯 管出口处温度,因为模具尺寸限制,测温点选择靠 模具表面,测温准确性受到一定影响,该组数值作 为参考. 经三组实验验证,此模型的各组边界条件 是合理的. 3 银包铝连铸复合过程的有限元数值模拟 3郾 1 模拟工艺参数 在连铸实验中影响温度场的工艺参数较多, 需要着重考察的包括:银、铝的熔炼温度,连铸速 度,冷却水流量和芯管长度. 为了提高计算效率, ·637·