界面传热系数对铸造凝固过程温度场的影响

为研究重力铸造和反重力铸造凝固过程中铸件/铸型间界面传热系数对温度场的影响,利用ANSYS有限元软件模拟了铸造凝固过程的温度场,并将模拟数据与实际测量的温度进行了对比.研究结果表明：无论是重力浇铸,还是凝固压力为17.12 kPa和30.90 kPa的反重力浇铸,对于模拟温度场与实际测量的温度场的接近程度,考虑界面传热系数要优于不考虑界面传热系数;随着凝固压力的增大,铸型/铸件界面的传热能力提高,铸件凝固速度增加,凝固时间缩短.     

高温合金铸件凝固过程模拟的CA-FE法

运用现代造型软件PRO/E和有限元分析软件ANSYS,并且利用MATLAB软件的计算功能和图形功能,实现了对复杂高温合金铸件凝固过程的温度场和微观组织的仿真;同时耦合了铸件凝固过程模拟的微观动力学模型和宏观温度场模型,建立起实用高效的CA-FE集成模拟法。运用该模拟法研究某航天发动机高温合金铸件,得到其凝固过程的温度场及其微观晶粒组织,模拟结果和实际符合较好。     

钛合金冷坩埚定向凝固过程温度场数值模拟

基于电磁场Maxwell方程组以及带有一定运动速度的连续介质凝固模型,建立了连续熔铸与定向凝固过程温度场数值计算模型,并对线圈匝数为4匝、输入电流密度为6.6×1010A/m2、电源频率为50 000 Hz时,扁形锭的电磁感应加热升温过程进行了模拟研究,得出了Ti-6Al-4V合金的温度场变化情况.结果显示,从开始加热的几十秒时间内,扁形铸锭温度上升很快;接近100 s时,铸锭温度分布趋于稳定;接近300 s时,铸锭自身基本达到热量平衡.     

热型连铸工艺凝固过程的数值模拟

采用直接差分的方法对热型连铸工艺凝固过程的稳定温度场进行了模拟,绘制了热型连铸工艺凝固过程的温度曲线,分析了铸型出口温度、冷却条件、连铸速度和型内金属液温度对凝固温度曲线的影响,铸型出口温度、冷却条件、连铸速度依次为影响液固界面的主要因素,型内金属液温度对液固界面的影响很小。     

激冷Zn-5%Al共晶合金中非晶相的形成

系统地研究了Zn-5%Al合金的快速凝固组织.通过对合金激冷试样进行X射线衍射、高分辨透射电镜、能谱分析试验,发现在α相和β相之间存在部分富Al非晶相,在DSC曲线上出现了一个明显的晶化放热峰,进一步证明非晶相的存在.根据准化学理论和拐点分解机制提出一种新的液态金属分成波动模型,并利用此模型对非晶相产生的动力学过程及其稳定性进行了探讨.     

铁碳合金凝固过程微观溶质偏析模型分析

为了选择正确的微观溶质偏析模型研究铁碳合金的凝固过程,利用Thermo-Calc商业软件计算了不同碳含量下铁碳合金的固相线温度、液相线温度和碳的平衡分配系数,利用数值方法研究了不同微观溶质偏析模型下铁碳合金的固液界面温度和无量纲液相溶质浓度.数值结果表明：文献中常用的碳平衡分配系数不准确;C lyne-Kurz模型和Sche il模型不能准确地预测固液界面温度,B rody-F lem ings模型不能正确地预测碳偏析,建议采用杠杆模型和大中逸雄模型计算铁碳合金凝固过程的微观溶质偏析.     

铝硅合金凝固组织的数值模拟

通过热焓法处理结晶潜热的二维不稳定热传导方程模拟凝固温度场，利用Scheil模型模拟质量浓度场，提出了枝晶尖端生长动力学修改模型，在温度场模拟与质量浓度场模拟基础上模拟了凝固过程中铝硅合金的组织在计算机上实现了组织形成过程的可视化，模拟结果与实验结果进行比较，两者基本吻合。     

金属熔滴与基板碰撞变形的数值模拟

为了保证熔滴沉积增材制造工艺中熔滴间的良好结合及成型精度,对熔滴与基板碰撞后的变形及凝固过程进行数值模拟研究.采用两相流模型,结合自由表面跟踪算法和凝固界面跟踪算法,建立了熔滴变形及凝固的耦合计算模型并求解.分析计算结果表明熔滴温度场变化与形态变形过程相吻合;熔滴与基板的接触部分瞬时就发生了凝固,因此凝固层半径和熔滴外...     

大块锆基非晶合金Zr53．5Cu26．5Ni5Al12Ag3的盐雾腐蚀行为

采用铜模吸铸法制备直径为5 mm的Zr53.5Cu26.5Ni5Al12Ag3,用电化学极化曲线方法考察该大块锆基非晶合金及相应的晶态合金在55℃中性盐雾气氛下腐蚀120 h的腐蚀行为,并用金相显微镜、SEM和EDS对腐蚀前后试样的表面形貌和成分进行观察与分析.极化曲线测试结果表明,在55℃中性盐雾气氛下,大块锆基非晶合金比相同成分的晶态合金具有更好的耐盐雾腐蚀性能,腐蚀120 h后,Icorr=9.922×10-7A/cm2,比同条件下的晶态合金小3个数量级.SEM分析表明非晶合金表面没有发生明显的腐蚀,表面保持光洁.EDS分析表明非晶合金腐蚀产物为Al的氧化物,相应的晶态合金表面腐蚀产物为Al和Ni的氧化物.     

Ti50Cu42Ni8非晶合金力学性能与晶化组织的研究

采用铜模喷注法成功制备出成本较低直径为2mm的Ti50Cu42Ni8大块非晶合金,对其力学性能及铸态与晶化显微组织进行了研究。结果表明：Ti50Cu42Ni8非晶合金具有优异的力学性能,压缩断裂强度可达2008MPa,弹性模量为100GPa,非晶样品的断裂面与轴向成45。,断口出现河流状脉纹及熔滴。其铸态显微组织为无特征组织,480℃和650℃退火后分别出现条状和梅花状晶态相。     

采用非线性估算法对铸造界面传热系数的研究

以试验中测得的铸件和铸型接触界面上的不同位置的温度为前提,利用有限元分析软件ANSYS模拟了铸造凝固过程的温度场,分析了在考虑热阻和不考虑热阻的情况下,计算结果对数值模拟准确性的影响;采用Beck非线性估算法求解了铸件和铸型间的界面传热系数,发现了金属铸造界面传热系数随时间的变化规律,以及铸型厚度对界面传热系数的影响.     

Heat Transfer at Metal-mold Interface During Squeeze Casting

ＨｅａｔＴｒａｎｓｆｅｒａｔＭｅｔａｌ－ｍｏｌｄＩｎｔｅｒｆａｃｅＤｕｒｉｎｇＳｑｕｅｅｚｅＣａｓｔｉｎｇＬＩＵＺｕｙａｎ；ＺＨＡＮＧＪｉｎｓｈｅｎｇ；ＨＵＯＷｅｎｃａｎ（刘祖岩，张锦升，霍文灿）（Ｄｅｐｔ．ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ...     

Simulation of inside-grooved mould improving heat transfer of original shell of casting slab

The dipping experiment was carried out by putting the water-cooled copper plate into the stannum-lead alloy to simulate the process of initial solidification of steel, and the result that the heat transfer of original shell improved by grooving on the surface of the water-cooled copper plate was investigated. A mathematical model of heat transfer was set up and the temperature field of casting slab 1000 mm×200 mm was calculated. The experimentation and simulation results indicate that the inside-grooved mould could improve the heat transfer of original shell, decrease the non-uniformity of original shell thickness and reduce the longitudinal surface cracks of casting slab.     

CSP结晶器内钢液流动及凝固的数值模拟

应用数值模拟方法,建立CSP漏斗型结晶器内钢液流动及凝固传热耦合模型。针对结晶器内铸坯角部受到强冷的特点,对结晶器内热流密度采用修正方程进行计算,分析热流密度修正系数对铸坯凝固坯壳表面温度计算精度的影响。通过比较不同拉坯速率下结晶器内钢液凝固的特点,研究凝固坯壳对结晶器内钢液流动行为的影响。结果表明,采用热流密度修正系数后,铸坯凝固坯壳角部温度的计算值与实际情况更相符;提高拉坯速率可使铸坯凝固坯壳厚度减小;拉坯速率较大时凝固坯壳厚度随铸坯距弯月面距离的增大基本呈线性增长,拉坯速率为3m/min时,凝固坯壳在生长过程中厚度的增长有短暂的停滞现象;凝固坯壳对钢液流动的影响较大,主要是由钢液有效流动区域减少及两相区额外动量阻损造成的。     

Prediction of the solidification structure of casting and heterogeneous nucleation

The frequency of heterogeneous nucleation during the solidification of Al-Si binary alloy was estimated by comparing experimentally obtained macrostructures of castings with numerically simulated ones. A molten alloy was unidirectionally solidified from a water-cooled copper chill in an adiabatic mold. The location of columnar to equiaxed transition (CET) in the solidified alloy ingot was measured. A numerical simulation for grain structure formation based on the Monte Carlo method was carried out, and the frequency of heterogeneous nucleation in the alloy was evaluated by producing similar structure with the experimental one. The frequency of heterogeneous nucleation was expressed as a probabilistic function with an exponential form of undercooling that determines the probability of nucleation event in the simulation. The value of the exponent is regarded as the nucleation parameter. The nucleation parameter of Al-Si binary alloy varied with initial Si content.     

注塑模具近随形高光面壳计算

建立注塑模具近随形高光面壳厚度的计算方法.模拟分析注塑模具型腔表面曲率对传热的影响,利用Matlab拟合出型面曲率-温度关系公式;以平壁传热公式为基础,研究具有1维曲率、2维同向曲率及2维反向曲率等形状的型面,引入曲率影响系数,建立高光面壳厚度的计算公式与迭代算法.发现同时刻分别在高光面壳内外侧加热时,所达到温度的乘积均为一定值.将所得公式和算法应用于模具型腔表面,得出的近随形仿真结果表明,依据近随形高光面壳厚度计算方法得到的型腔表面温度分布误差小于3℃,低于工程中所要求的5℃以内的误差.实验证明,该算法合理,可以满足工程要求,为高光无痕注塑模具设计提供了简便实用的手段.     

小方坯连铸二冷配水对凝固与传热的影响

研究小方坯连铸在二次冷却过程中的坯壳凝固情况,建立了传热过程的二维非稳态数学模型,计算出在整个连铸过程中温度变化和温度场分布,并得出在二冷区铸坯凝固速度与换热系数的关系.     

Al-Si合金(A357)重力铸造充型及凝固过程模拟

利用多通道数据采集系统对铸件特定部位的温度进行测量,以掌握该点的凝固和补缩,并利用O lym pu s金相显微镜观察铸件关键部位的宏观组织,进而分析其凝固方式.用商业化模拟软件Z-C ast对铝合金拉伸试棒充型及凝固过程进行模拟,对实际浇注实验中测试点的温度场进行模拟,并将模拟结果与实验结果进行比较.结果表明,当金属铸型的预热温度较低时,必须采用较高的浇注温度才能够使铸型充满,试棒在凝固过程能够得到有效补缩,从而消除了由于糊状凝固造成的显微缩松.铸造模拟软件Z-CA ST能够准确的模拟铝合金铸件充型凝固过程,提供较准确的流场、温度场信息,预测缺陷及其出现位置.     

去应力退火对DZ125合金再结晶行为的影响

为了获得具有优异高温力学性能的定向凝固高温合金,减少定向凝固叶片在生产过程中产生再结晶的现象,对经过喷丸后的DZ125合金进行了去应力退火处理,随后对其进行了不同温度下的热处理.利用扫描电子显微镜观察了DZ125合金的微观组织.结果表明,当表征喷丸强度的Almen值为0.25 mm时,依次进行870℃/500 h去应力退火与1 000℃/4 h热处理后,DZ125合金中仍存在少量胞状再结晶.经过1 150℃/4 h热处理后,胞状再结晶层厚度约降低30%;经过1 230℃/4 h热处理后,等轴状再结晶层厚度总体约降低了30%.当Almen值为0.17 mm时,在870℃下进行不同时间的去应力退火处理与1 230℃/4 h热处理后发现,随着退火时间的增加,再结晶层厚度逐渐降低,当退火时间为500 h时,再结晶层厚度约降低50%.