Численное моделирование процесса валковой разливки-прокатки тонких биметаллических алюминий-стальных полос

FEM-simulation of twin-roll casting of thin aluminium-steel clad strips

Докладчик

Столбченко Михаил Юрьевич

Столбченко Михаил Юрьевич

  • Должность: аспирант
  • Звание, степень: магистр
  • Организация: Национальная металлургическая академия Украины
  • Подразделение: кафедра "Обработка металлов давлением"
  • Город: Днепропетровск
  • E-Mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. | Направление Ansys-Flotran, Алюминий, валковая разливка-прокатка, моделирование, прокатка


    Аннотация

    Получение тонких биметаллических полос способом валковой разливки-прокатки является одним из перспективных направлений листового производства. Преимуществами валковой разливки-прокатки являются низкая удельная энерго- и ресурсоемкость. Получаемое биметаллическое соединение имеет высокую прочность, обусловленную наличием тонкого сплошного слоя интерметаллических фаз на границе двух металлов толщиной около 3 мкм [1]. В то же время, прочность и надежность всего биметаллического композита непосредственно зависит от микроструктуры и свойств алюминиевого слоя. Вследствие ограниченности возможностей для последующей термической обработки и обработки давлением таких полос, актуальной задачей является определение параметров деформации биметаллической полосы в двухвалковом кристаллизаторе. Ввиду сложности наблюдения за процессами, протекающими в зоне кристаллизации-деформации, одним из основных методов их исследования является численное моделирование. Моделирование методом конечных элементов широко используется при решении задач валковой разливки-прокатки полос из мономатериалов [2, 3], однако пока не использовалось для комплексного численного анализа процесса получения биметаллических полос. В данной работе предлагается конечно-элементная модель системы биметалл-валки, созданная на базе Ansys Flotran. В результате решения тепловой задачи с учетом вязкого течения расплава алюминия, его кристаллизации и деформации, получено распределение температур металла и инструмента. При помощи численного моделирования определены зависимости деформационных и температурных условий валковой разливки-прокатки от основных технологических параметров процесса.

    Producing thin clad strips by means of twin-roll casting is one of the prospective trends in development of sheet production. For the first time the application of this technology for cladding aluminium with steel has been shown by Grydin et al. [1]. The main advantages of twin-roll casting are low specific energy and resource consumption. Also the resulting compound has high bonding strength owing to the presence of a continuous thin layer of intermetallic phases with around 3 µm thickness at the interface of the two metals. At the same time, the strength and reliability of the clad strip directly depends on the microstructure and properties of the aluminium layer. On account of the limited opportunities for subsequent heat treatment and deformation processing of clad strips, the determination of their strain parameters at twin-roll casting is of great interest. Due to the complexity of observation the processes proceeding in the crystallization-deformation zone, the numerical simulation became one of the main methods for their investigation. FEM simulation is widely used to describe the process of twin-roll casting of monomaterial strips [2, 3], but so far has not been used for complex process simulation of twin-roll casting of clad strips. In present paper the finite-element simulation of a system “clad-strip - twin-roll caster” using Ansys Flotran is proposed. The joint analyse of heat transfer, viscous flow of aluminium melt, its crystallization and deformation is carried out resulting in temperature distribution in cast metal as well as in the tool. The dependences of the strain and thermal conditions of twin-roll casting on the main technological process parameters, obtained by numerical simulation, are shown.

     

     

     

    Поле температур и положение линий ликвидус и солидус в зоне кристаллизации-деформации, полученные при помощи численного моделирования: 1 – валки-кристаллизаторы, 2 – стальная полоса, 3 – расплав алюминия, 4 – фронт кристаллизации, 5 – биметаллическая полоса.

    Temperature distribution and shape of solidus and liquidus in crystallization-deformation zone, obtained by means of numerical simulation: 1 – casting rolls, 2 – steel substrate, 3 – aluminium melt,
    4 – crystallization front, 5 – clad strip.

     

    Ссылки на литературу

    1. O. Grydin, G. Gerstein, F. Nürnberger, M. Schaper and V. Danchenko. Twin-roll casting of aluminum–steel clad strips // Journal of Manufacturing Processes. – 2013. – Vol. 4 (15). – P. 501-507.

    2. S. Sahoo, A. Kumar, B.K.Dhindaw and S. Ghosh. Modeling and experimental validation of rapid cooling and solidification during high-speed twin-roll strip casting of Al-33 wt pct Cu // Metallurgical and Materials Transactions B. – 2013. - Vol. 4 (43). – P. 915-924.

    3. Stolbchenko M. U. The influence of initial temperature and rolling speed on the deformation parameters at the twin-roll casting of high-strength aluminium-alloyed strips // Materials working by pressure. – 2013. – № 3 (36), p. 173-179.

    Комментарии (0)

    Оставить комментарий

    Please login to leave a comment.