SIMULATION OF SOLIDIFICAFION BEHAVIOR IN SPRAY DEPOSITED PREFORM Ⅱ.Calculation Results For Al-Cu Alloy

根据本文作者提出的喷射沉积成型沉积体内的凝固模型,对典型的Ａｌ－Ｃｕ合金进行了计算分析。结果表明,工艺参数和材料的热物性对沉积体内的凝固过程有明显影响。     

连铸凝固传热全过程数值模拟与控制

基于传热学、凝固理论、熔渣理论,建立了凝固传热有限差分数值模型,对连铸全过程进行热状态、凝固状态分析及工艺控制,模型考虑了钢的热物性参数随温度变化的关系.并根据连铸冶金准则和目标温度控制进行二冷优化,获得合理的温度分布和二冷水量分布,实现最佳铸坯品质,同时针对不同钢种的凝固特点,对保护渣性能进行设计.计算值同现场实测数据进行对比,有较好的一致性.最后研究了浇注温度、拉坯速度、二冷配水等工艺参数对铸坯表面温度、液芯长度和凝固坯壳厚度的影响,以及浇注工艺对连铸保护渣指标的影响.     

盘,柱状喷射沉积毛坯的形状控制及组织分析

喷射沉积工艺作为一种新兴的快速凝固技术,已经被广泛地应用于研制和开发各种高性能的快速凝固材料,近年来发展非常迅速。通过对喷射沉积工艺参数的分析和调整,制备了不同形状的ＡｌＣｕＦｅＮｉＣｅＺｒ合金沉积毛坯,实现了对喷射沉积毛坯的形状和尺寸的初步控制;同时研究了过喷粉末的粒度分布规律以及沉积毛坯的致密度和显微组织。结果发现,倾斜喷射（θ≠０）,沉积器抽拉（Ｖ≠０）和自旋（ω≠０）条件下,可以有效地改善沉积坯的几何外形,获得形状较好的盘、柱状沉积坯,其致密度大于９６％,沉积坯组织细小、均匀,晶粒的平均尺寸为５μｍ左右,过喷粉末的平均粒度为３０μｍ。     

喷射铸造：一种崭新的成形工艺

喷射铸造是一种新的成形工艺。它可生产管材、坯料、板材及形状简单的异形件。在沉积过程中,液体金属被压缩惰性气体(如N_2、Ar等)雾化,形成雾化锥。雾化的金属液滴被高速气体冷却并被加速,打在衬板上,凝固成一层厚的沉积层。由于冷却速度快(如钢可达10~3~10~5℃/s),使得沉积层具有精细的显微结构、少偏析、加工性好等特点。喷射沉积是介于传统铸造和粉末冶金之间的一种工艺。     

HRB400钢热物性参数对小方坯连铸凝固传热模型影响的研究

针对热物性参数的取值直接影响数值模拟连铸凝固传热计算精度的问题,以某钢铁公司小方坯连铸段生产线为参考,利用大型有限元软件ANSYS建立了HRB400钢的小方坯连铸过程温度场,比较了传统方法,日本学者早期低碳钢试验数据及商用金属材料性能软件JMatPro等3种热物性参数选取对模拟精度的影响,并对铸坯凝固过程温度变化分析,结果表明:(1)采用JMatPro相平衡计算出的HRB400热物性参数可使模拟值与实测值相对误差控制在5%范围内,满足分析精度要求;(2)在明确热物性参数选取方法后,分析了在现行工艺条件下,小方坯在连铸凝固过程中的温度及壳厚变化趋势,提出了解决角部温降的措施及提高拉速的方法。通过对连铸过程的数值模拟,对连铸过程的优化具有一定的指导意义。     

电火花沉积WC-12Co涂层单脉冲温度场数值模拟

为了确定电火花沉积WC-12Co涂层的温度场,通过选用合适的热源和热边界条件,建立电火花沉积WC-12Co涂层热传导模型. 利用ANSYS有限元软件进行数值模拟,得到了电极材料及工件材料的温度等值面、温度分布曲线以及温度随时间变化曲线. 通过设置温度场等值线确定了材料熔化和气化区域大小. 同时文中研究了工艺参数对熔化和气化区域的影响,并预测最佳工艺参数的范围. 通过电火花沉积试验验证了模拟预测结果的正确性,得到了可以获得良好沉积形貌涂层的最佳工艺参数.     

横向磁通连续感应加热过程中带材涡流场和温度场的仿真分析

基于新型磁-热耦合仿真计算方法,在考虑带材材料物性参数随温度变化的前提下,以45钢带材为例对横向磁通连续感应加热过程中带材表面涡流和温度的分布情况进行了模拟和计算,并与不考虑材料物性参数随温度变化及15MnV钢带材在相同条件下连续感应加热这两种情况进行了对比。结果表明:带材材料物性参数随温度产生的变化对感应加热结果影响较大,且45钢和15MnV钢计算得到的感应加热工艺参数存在较大差异。      

金属熔滴连续沉积、凝固重叠工艺及实验验证

金属熔滴均匀连续沉积是一种新型的3D打印技术和快速原型(RP)技术。本文系统研究了铝熔滴连续沉积到基板表面的瞬态传热传质现象,沉积机理主要包括金属熔体的毛细现象及固液界面的传热、凝固、搭接和重熔。采用VOF方法对连续沉积的金属熔滴在水平固定铝基板表面沉积进行3D建模。针对凝固传热过程中不同参数下熔滴在铝基板表面沉积、凝固进行了研究,通过数值计算与实验验证,各种工艺参数的影响,如喷射速度、基板温度、熔滴直径与碰撞最大铺展因子的影响,显示了很好的一致性。基于上述研究,成形形貌和内部微观结构之间的定量关系进一步验证了金属熔滴连续沉积、凝固重叠工艺的可行性。此工艺为金属微沉积制造实施有效的过程控制提供指导。     

超硬无机材料纳米粉末CVD合成热力学分析

通过热力学分析研究了超硬无机材料，如ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＣ、ＴｉＮ等纳米粉末的化学气相沉积（ＣＶＤ）合成反应过程和核化过程的有关热力学规律。结果表明：合成物以共价键和以金属键为主的合成反应和化学反应过程对温度、压力均比较敏感，热力学驱动力随温度变化增加比较明显，对外压的敏感表现为增大压力对合成反应不利。合成物以离子键为主时，反应的热力学驱动力随温度变化不明显，外压的影响也不显著。对于核化过程，合成物以金属键和离子键为主的体系，核化所需临界过饱和度较低，ｌｇ（ｐ／ｐ０）在１～１０之间，而对合成物以共价键为主的体系，核化所需过饱和度较高，ｌｇ（ｐ／ｐ０）约在１５～２０之间，因实验过程很难达到这样高的过饱和度，因此合成粉体常以非晶态形式存在，以降低核化阻力     

往复式管坯喷射沉积的模型建立及运动参数优化

介绍了基底往复式喷射成形制备大壁厚管坯的工艺原理,并对雾化锥流率的空间分布和单层沉积轨迹进行了研究,在此基础上建立了单层沉积的数学模型.针对此模型和沉积轨迹的螺旋特性,分析了模型参数(mmax,a,d)和基底运动参数(w,v)对单层沉积特性的影响以及基底半径对单层沉积厚度的影响.通过对多旋转周期沉积轮廓叠加的单层沉积厚度的仿真,优化了管坯制备的运动参数(w,v).     

铸造模拟关键热参数的反求优化及应用研究

铸造过程数值模拟技术已经得到广泛应用,想要获得准确的模拟结果,就需要输入准确的条件参数。然而,通过实验直接测量条件参数却比较困难,部分条件参数甚至无法直接测量获得。应用DOE设计方法进行重力砂铸凝固模型热物性参数敏感性实验,以实验实测温度曲线作为反算优化的初始输入条件,按热物性参数敏感性由高到低依次用ProCAST铸造模拟软件对数值模型的材料热属性、边界散热参数、界面传热系数等热物性关键参数进行反算优化,并将优化获得的热参数进行凝固模拟验证。结果表明,反算优化后的热参数可以准确匹配实测结果,达到无需直接测量而优化条件参数的目的。     

梯度复合材料激光熔化沉积成形的研究进展

高性能梯度复合材料是为克服现有单一均质材料无法满足某些特殊性能要求或为充分发挥不同材料的性能潜力而发展的一类新型复合材料,其显著特征是材料的组分、结构及物性参数根据需要呈连续或梯度变化。激光熔化沉积成形技术采用逐点连续添加材料成形,赋予了该技术在材料组成、凝固组织、外形尺寸等控制上的极大柔性,是未来发展集材料设计、制备、成形及组织性能控制于一体的材料智能制备与成形技术的重要方向。着重介绍采用激光熔化沉积成形技术制备镍系、钛系梯度复合材料方面取得的最新研究进展,通过分析存在的问题和面临的挑战,指出了未来工作的主要方向。     

电沉积制备Mg-Zn-Ca-Zr合金HA涂层的研究

采用碱热处理＋电沉积＋碱热处理相结合的工艺在Mg-4.0Zn-1.0Ca-0.6Zr合金板材表面制备羟基磷灰石（HA）涂层。利用X射线衍射和SEM对不同电沉积工艺参数下制备出的涂层组织和形貌进行了分析。结果表明,电沉积工艺参数的变化对涂层组织产生很大影响,当电压为10 V时,随着温度提高,HA颗粒有长大的趋势;当温度一定时,随着电压升高,涂层沉积组织有由片状到颗粒状转变的趋势;电沉积制备Mg-Zn-Ca-Zr合金HA涂层的最佳工艺参数为电沉积温度50℃,电沉积电压为10 V左右。在此工艺条件下可制备出接近人骨的Ca/P比（1.67）的组织致密HA涂层。     

热丝化学气相沉积法制备优质微米亚微米级单晶金刚石的研究

利用热丝化学气相沉积法（HFCVD）,在硅片衬底上进行微米级（〉1μm）及亚微米级（〈1μm）单晶金刚石的沉积研究。微米级金刚石是以高温高压法（HPHT）制备的1μm金刚石颗粒为籽晶,通过甩胶布晶的方法,在衬底上均匀分布晶种,并通过合理控制沉积工艺参数,在衬底上形成晶形完好的单晶金刚石。在沉积2 h后,可消除原HPHT籽晶缺陷,沉积6 h后,生长出晶形良好的立方八面体金刚石颗粒（约4μm）;对于亚微米级单晶金刚石,是直接在衬底上进行合成,通过调控沉积参数（如衬底预处理方法,偏流大小,沉积时间）对单晶金刚石的分布密度和颗粒度进行控制,经过2 h的沉积,最终获得了0.7μm的二十面体单晶金刚石。     

电火花沉积金属陶瓷材料耐铝液热浸蚀研究

针对铝合金铸模具材料失效主要原因-铝液热浸蚀问题。采用电火花沉积工艺，利用陶瓷材料与铝液不浸润的特点，在铝合金压铸模具材料H13（4Cr5MoSiV）表面沉积金属陶瓷，并对沉积前/后铝压铸件料耐铝液热浸蚀性能进行对比试验。     

喷射成形Al-Zn合金凝固过程模拟Ⅱ——雾化锥凝固行为

将单个液滴冷却凝固的数学模型（见第I部分）与液滴尺寸分布函数相耦合,以Al-12Zn为模拟合金,分析了气体初速度、熔炼温度、熔体流量等对液滴尺寸分布以及雾化锥在不同位置平均固相率的影响。结果表明,提高气体初速度,同一位置上雾化锥横截面上的平均固相率增加。提高熔炼温度或者增加熔体流量,相同位置的雾化锥横截面上的平均固相率减少。     

喷射沉积耐热高硅铝合金Al-17Si-3Fe-4Ni-1Ce组织及性能的研究

在研究快速凝固高硅铝合金的组织特征和快速凝同工艺的基础上,对合金的成分进行了重新设计,加入了新的合金元素来提高合金的耐热性,并使用超音雾化和喷射沉积快速凝固技术制备了Al-17Si-3Fe-4Ni-1Ce合金粉末、沉积坯.而且还制作了沉积坯的挤压坯,采用XRD、SEM及TEM对合金的微观组织进行了观察和分析,采用差热分析法进行了相变分析,对合金沉积坯和挤压态在不同的温度下进行了加热,并分别比较了在不同温度下加热后的微观组织及硬度.此外还对铸态合金及快速凝固合金进行了耐磨性能比较试验.研究发现,喷射沉积工艺有效地细化了合金组织,使硅相和富铁相得以细化.Fe、Ni、Ce的加入,还有效地抑制了Si相的扩散及长大,同时,在合金中形成金属间化合物,因而提高了合金的耐热性,使合金的使用温度由原来的150℃提高到500℃,完全能满足需要.快速凝固制备的耐磨合金的耐磨性能远远好于铸态合金.     

雾化沉积高强铝合金材料的组织与性能

研究了雾化沉积快速凝固高强铝合金材料的显微组织与拉伸性能。结果表明：采用雾化沉积技术可显著提高高强铝合金的强度指标，同时拉伸塑性保持与铸锭冶金材料相当的水平。过饱和固溶体、时效析出相以及变形和热处理过程形成的弥散相构成材料的主要强化相。     

影响铸件凝固过程诸因素行为的研究

一、引言铸件凝固过程中,铸造合金和铸型都要发生一系列复杂的物理化学变化,因此影响凝固过程的因素很多。其中主要有:铸件的大小和形状;铸造合金成分及其热物性参数;铸型热物性参数;铸造合金与铸型间的边界条件和界面作用;铸型与环境间的边界条件;熔炼、浇注和铸型工艺等。为了使用计算机数值模拟法正确模拟,研究铸件的凝固过程,必须确切把握凝固过程的各个影响因素。其中不少因素,如热物性参数和界面换热系数,在凝固过程中还随时间而变,而实测这些参数又常很困难。为简化数值模拟的计算,有人常把这些参数作为常数处理,而不同文献所录用的数值往往还差别较大。实践证明,如果这些影响因素处理不当,     

电子封装材料过共晶硅-铝合金的组织特征和热性能(英文)

采用快速凝固制粉技术和粉末热压烧结技术制备55%Si-Al,70%Si-Al和90%Si-Al3种过共晶含量的硅铝合金。结果表明:雾化沉积是制备过共晶硅铝合金的有效的快速凝固工艺,采用该工艺获得的快速凝固硅铝合金粉末的尺寸小于50μm。快速凝固的硅铝合金粉末经过550°C和700MPa热压后,获得3种不同成分合金试样的相对密度分别为99.4%,99.2%和94.4%。作为电子封装材料,3种试样的热导率、热膨胀系数和电导率都可以满足应用要求。55%Si-Al合金的热膨胀系数随温度的变化最剧烈,但是该合金具有较好的热导率。90%Si-Al合金的热膨胀系数较小,但是其热导率最差,小于100W/(m·K)。70%Si-Al合金具备热沉材料所应具备的优良的热导率和热膨胀系数的综合性能。