瞬态法接触热阻实验研究及其在快速铸轧工艺参数仿真中的应用

• 作 者: 张云湘
• 机 构: 中南大学
• 出 处: 中南大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 快速铸轧 接触热阻 稳态法 瞬态法 仿真

快凝铸轧过程中，熔融金属在铸轧区发生凝固、结晶，最后经轧制成形，金属在高温下发生大塑性变形。铸轧过程中的热量通过铸轧界面及辊套由冷却水带走。接触界面热阻是铸轧过程热分析的一个重要参数，国内外学者通常采用分段常值法处理，由于铸轧工作界面状态随铸轧过程不断发生变化，其界面热阻在不断发生变化。分段常值法的处理对热分析结果造成较大的误差，因此有必要对界面热阻的变化进行进一步研究。 在综合研究了国内外关于各类接触界面传热的基础上，就大塑性变形接触界面传热问题进行了较为深入的研究。目前国内外多用一维稳态热传导进行分析和实验，为了尽可能保证轴向一维热流，必须减小周向热量损失；保证试件长度与半径之比足够大及热量和温度的准确测量，导致这种测试方法只适应于低温小压力的工况。本文利用一维瞬态热传导方程计算了被激光照射的金属试样接触界面的温度分布，获得接触界面的理论温度差，并与实际测得的温升曲线进行对比以得到界面接触热阻。在此基础上以激光器为加热源设计了一套大塑性的瞬态接触热阻实验系统，该系统克服了传统稳态法测试接触热阻的温度测试不准、接触压力小、测试效率低的缺点；并在此基础上进行了大量的实验研究工作，对所得实验数据进行多元线性回归处理，建立了接触热阻的计算模型；实验发现，接触压力是影响接触热阻的一个主要因素，二者之间的关系满足h^* ∝（p^*）^0.93；同时，接触表面均方根粗糙度、中间介质、氧化膜厚度、热流密度的改变都将不同程度地影响接触热阻的大小，由实验数据得出了它们的关系曲线;用实验所得接触热阻计算模型综合分析了连续铸轧中带坯在铸轧区的传热和铸轧力的数学模型，在此基础上对连续铸轧工艺参数的变化进行了仿真研究。通过将仿真结果与实验结果比较，证明本文建立的接触热阻模型比较准确。