本书是由燕山大学机械工程学院、国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心黄华贵教授课题组根据多年的科学研究和实践经验编写而成的。全书共9章，详细介绍了金属包覆材料固-液铸轧复合技术开发全流程，内容包括技术构想、工艺布局、样机设计、过程仿真、实验验证、性能表征、机理分析等系统研究过程。本书的工艺技术与理论方法新颖，具有很好的学术价值和应用价值，可供有色金属成形机械设计、制造及层状金属复合材料生产等工程技术人员使用，也可供高等院校有关专业的教师、研究生参考。
本书由燕山大学黄华贵教授等编撰。总结了其近年来的最新科研成果，也成为节约贵金属、实现结构轻量化的有效途径。典型产品包括铜/铝复合线、铜/钢复合棒、铜/钛复合管、铝/钛复合管、黄铜/纯铜复合绞线等，被广泛用于航空航天、轨道交通、石油化工、电力电子等领域。金属包覆材料通常具有环形包覆几何特征，强电流、高频、冲击、疲劳、高温、腐蚀等极端服役环境对界面结合强度、组元基体性能及其周向均匀性提出了极为苛刻的要求。胀形、拉拔、轧制、旋压等传统固相复合成形工艺在石油复合管、复合信号缆、铜/铝复合电工排等金属包覆产品的工业生产方面发挥了重要作用
金属包覆材料是层状金属复合材料的一个重要分支，由于其兼具两种或两种以上不同组元金属材料的性能优势，形成了集功能和结构为一体的独特综合性能，在满足耐蚀、高强度、高导电和高导热等特殊服役性能的同时，也成为节约贵金属、实现结构轻量化的有效途径。典型产品包括铜/铝复合线、铜/钢复合棒、铜/钛复合管、铝/钛复合管、黄铜/纯铜复合绞线等，被广泛用于航空航天、轨道交通、石油化工、电力电子等领域。金属包覆材料通常具有环形包覆几何特征，强电流、高频、冲击、疲劳、高温、腐蚀等极端服役环境对界面结合强度、组元基体性能及其周向均匀性提出了极为苛刻的要求。胀形、拉拔、轧制、旋压等传统固相复合成形工艺在石油复合管、复合信号缆、铜/铝复合电工排等金属包覆产品的工业生产方面发挥了重要作用，但由于固相复合需要预先将覆层管材和芯材进行套装，且界面变形量往往比较有限，实际生产中面临着预套装配合精度要求高、界面结合强度弱等问题。在大力推进制造业绿色化、智能化背景下，发展高效、短流程、形性可控的金属包覆材料连续成形技术一直是行业热点和难点，对丰富层状金属复合材料制备理论和促进行业进步具有重要现实意义。2012年，作者基于层状金属复合板带固液铸轧复合技术研究的基础，萌生了在铸轧辊面开设闭式圆形孔型，将固态基体金属与液态覆层金属同步喂入近似环形铸轧区，利用固液铸轧复合成形原理实现金属包覆材料连续近终成形的技术设想，申请并授权了发明专利一种采用冷芯连续铸轧工艺生产双金属复合管材或棒材的方法（专利号：ZL2012103009992）。之后围绕该技术构想开展了较为系统的理论与实践研究工作，陆续授权发明专利一种双金属层状复合管固液复合铸轧机（专利号：ZL2015104809166）和制备高电导金属包覆材料的多辊连续铸轧设备及其方法（专利号：ZL2020105370049），经过近十年的不懈探索与尝试，初步验证了所提技术构想的可行性和优越性。为此，作者在学习和消化国内外相关研究工作的基础上，系统梳理与总结了过去十年在金属包覆材料固液铸轧复合理论与实践方面的研究成果，编写成本书，以期对丰富金属包覆材料高效连续近终成形技术和发展特种孔型铸轧理论有所裨益。本书详细介绍了金属包覆材料固液铸轧复合技术开发全流程，内容包括技术构想、工艺布局、样机设计、过程仿真、实验验证、性能表征、机理分析等系统研究过程。本书在内容组织与结构安排上，以数值模拟、物理模拟、理论建模与实验研究相结合的方式开展研究工作成果的介绍，彼此互为验证，力求理论联系实际，突出实用性和先进性，为广大读者提供一本实用的技术著作。本书由黄华贵、季策、孙静娜共同撰写。本书介绍的研究工作得到了国家重点研发计划变革性技术关键科学问题基础重点专项高品质金属复合板高效制备原理与技术基础（No2018YFA0707300）、国家自然科学基金面上项目高导电金属包覆材料冷芯连续铸轧复合成形机理与性能调控（No51974278）、河北省自然科学基金杰出青年基金项目复合材料固液铸轧成形理论及产品全生命周期设计关键技术基础研究（NoE2018203446）和河北省高等学校科学技术研究项目双金属复合管冷芯连续铸轧复合成形机理与实验研究（QN2015214）的资助。在撰写过程中，得到了燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心孙登月教授、许石民教授、涿神有色金属加工专用设备有限公司宋建民总工程师等专家的指导和帮助，参考了国内外有关专家和学者的文献资料，在此由衷地表示感谢！
第1章金属包覆材料工程应用与制备技术研究现状111应用需求概述1111金属基复合材料及其分类1112典型金属包覆材料及其工程应用212双金属复合管材制备技术3121固固相复合技术4122固液相复合技术8123液液相复合技术9124其他复合技术1113双金属复合线棒材制备技术12131固固相复合技术12132固液相复合技术14133液液相复合技术16134制备技术对比分析1714复杂截面材料铸轧技术17141双辊铸轧技术发展概况17142横向变截面板带铸轧技术18143纵向变截面板带铸轧技术21144圆形截面材料铸轧技术26145复杂截面材料铸轧技术发展趋势2715金属包覆材料固液铸轧复合技术29151技术原理与核心优势29152各章节主要内容30第2章双金属复合管双辊固液铸轧复合原理样机设计3221固液铸轧复合原理样机设计32211孔型铸轧辊系设计32212环形布流器设计32213堵流开浇工艺及装置设计33214固液铸轧复合原理样机总装配3522环形布流器稳态流场模拟优化35221模型网格划分及前处理35222模拟结果分析36223水模实验验证3723开浇阶段瞬态充型模拟优化39231模型简化及假设39232开浇阶段流动及充型特性数值模拟40233开浇阶段铸轧区液位波动分析4124双辊固液铸轧复合可行性验证43241环形布流器布流效果验证43242铝/铅固液铸轧复合实验44243存在的问题及改进方案44第3章双金属复合管双辊固液铸轧复合实验研究4631实验设备及方法46311实验材料46312熔炼设备47313界面分析设备及方法47314压扁实验设备47315复合管取样分析位置4832钢/铝固液铸轧复合49321钢/铝复合材料应用背景49322钢/铝复合管铸轧复合及界面形貌49323钢/铝复合管结合性能测试5133铜/铝固液铸轧复合52331铜/铝复合材料应用背景52332铜/铝复合管铸轧复合及界面形貌52333铜/铝复合管结合性能测试54334铜/铝复合棒铸轧复合及界面形貌5434钛/铝固液铸轧复合56341钛/铝复合材料应用背景56342钛/铝复合管铸轧复合56第4章双金属复合管双辊固液铸轧复合过程模拟5841铸轧区稳态热流耦合数值模拟58411固液铸轧区几何模型58412模型简化及边界条件59413凝固点周向分布及分区60414熔池高度对凝固点周向分布和流场影响61415名义铸轧速度对凝固点周向分布和流场影响63416覆层金属浇注温度对凝固点周向分布和流场影响64417凝固点高度及铸轧区出口平均温度预测模型6442固液铸轧复合过程热力耦合模拟67421模型及边界条件67422轧制力变化曲线68423复合界面温度和应力分布68424芯管周向接触应力分布69第5章金属包覆材料多辊固液铸轧传热行为分析7151材料性能参数71511工业纯铜T271512低合金高强度结构钢Q355B72513辊套用低合金结构钢42CrMo7352传热过程分析75521热量传递基本方式75522接触界面演变及传热机理79523钢铜固液界面传热系数反求推测82524多辊固液铸轧复合技术热阻网络8953铸轧区几何均匀性分析92531铸轧区几何特征92532铸轧辊名义半径影响94533铸轧辊孔型半径影响97534铸轧区熔池高度影响9954传热均匀性对比分析101541热流耦合仿真模型101542布置模式对比103543工艺布局优化106第6章金属包覆材料三辊固液铸轧复合原理样机设计10861三辊固液铸轧复合原理样机设计108611铸轧机主机座108612熔炼浇注系统111613主传动系统111614原理样机虚拟装配11162三辊固液铸轧复合原理样机结构优化112621基体金属预热温度控制方法112622铸轧辊冷却能力影响因素分析118623开浇工艺方案优化12363工艺参数影响规律分析124631模型简化及边界条件124632熔池高度影响125633名义铸轧速度影响125634覆层金属浇注温度影响126635基体金属预热温度影响127636基体金属半径影响12764工艺窗口预测及平台搭建128641工程计算模型构建128642合理工艺窗口预测129643实验平台安装调试130第7章金属包覆材料三辊固液铸轧复合实验研究13271铸轧复合实验方案132711实验操作流程132712检测控制系统133713关键测试方案133714典型样品缺陷及原因13472侧耳产生机理分析135721仿真模型135722配合间隙对侧耳影响136723凝固点高度对侧耳影响138724实验验证及解决方案13973工艺参数测试及热处理工艺制定策略140731铸轧区温度压力测试140732热处理工艺制定策略14174热流组织多场耦合分析142741控制方程142742边界条件1437
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