强制对流作用下纯Ni枝晶生长的相场法研究

基于耦合流场的Wheeler模型,采用有限差分法,对纯镍单枝晶和多枝晶生长过程进行模拟,研究了强制对流对枝晶形貌、温度分布及枝晶臂尖端生长行为的影响。结果表明,在流速为14.76 m/s的垂直强制对流作用下,单枝晶生长时逆流枝晶臂生长迅速,其尖端稳态生长速度比纯扩散时增加了47.14%;顺流枝晶臂生长缓慢,其尖端稳态生长速度比纯扩散时减小了49.72%。模拟结果与Ivanstov理论及试验结果一致。多枝晶生长时,受强制流动、晶体结构特征和生长空间的共同作用,仅有指向逆流侧外部区域的优先生长方向上的枝晶臂生长受到促进,主枝和侧枝发达,其他优先生长方向的枝晶臂生长均受到抑制,主枝和侧枝退化。     

对流作用下枝晶生长行为的相场法

基于Wheeler等提出的纯扩散相场模型,建立耦合溶质场、温度场和流场的相场模型,采用有限差分法对控制方程进行数值求解,研究Ni-Cu合金凝固过程中单晶粒枝晶和多晶粒枝晶在强制对流作用下的生长行为。结果表明:熔体的流动显著改变凝固前沿的传热和传质,从而改变枝晶的生长行为。在流速为6.43m/s的垂直强制对流作用下,上游枝晶受过冷熔体冲刷,枝晶尖端溶质浓度和温度低,实际过冷度大,枝晶生长迅速,稳态生长速度比纯扩散时增加28%;热量和溶质在下游富集,下游枝晶尖端溶质浓度和温度高,实际过冷度小,枝晶生长缓慢,稳态生长速度比纯扩散时减小26%。     

基于KKS相场模型模拟强迫对流下镁合金枝晶的生长

基于KKS模型,耦合温度场、浓度场、流场和取向场,建立适合hcp晶系镁合金的相场模型,研究强迫对流下镁合金单晶粒和多晶粒生长过程。结果表明:在v=0.02 m/s的水平强迫对流作用下,晶粒上游侧3个方向的一次枝晶臂生长速度明显快于下游侧3个方向的一次枝晶臂,同一时刻上游方向一次枝晶臂最长,上游侧与水平方向成60o夹角的两枝晶臂次之,下游侧与水平方向成60o夹角的两枝晶臂较短,下游方向枝晶臂最短。多晶粒生长时,晶粒间相互影响,不同晶粒的枝晶臂相互碰撞并彼此抑制,最终形成不对称枝晶形貌。将模拟结果与实验结果进行对比表明,镁合金连续形核下多晶粒枝晶形态的模拟结果与实验结果十分相似,从而验证了本文中相场模型的正确性。     

对流速度对多晶粒生长影响的相场法研究

基于耦合流场的相场模型,采用有限差分法对纯镍凝固过程中多晶粒枝晶生长过程进行模拟,研究了不同对流速度对纯镍多晶粒枝晶生长的影响。结果表明:无强制对流时,枝晶主干光滑无侧向分支产生;有强制对流时,上游枝晶生长受到促进,下游枝晶生长受到抑制,受熔体流动和晶粒间相互影响,枝晶形貌不再对称。随着对流速度的增加,上游枝晶生长加快,流动诱发侧向分支,形成发达的分支结构。中心晶粒上游枝晶尖端生长速度先减小后增大至稳态,最后停止生长。     

强迫对流作用下各向异性对枝晶生长的影响

基于Tong相场模型,采用相场、流场及温度场三场耦合的方法,对纯金属镍凝固过程中的枝晶生长数值模拟。结果表明:强迫对流的存在明显地改变了枝晶的生长行为,枝晶呈现不对称生长,在逆流方向上生长速度最快,水平方向生长次之,而在顺流方向受到了抑制。在各向异性系数较小时,枝晶各个方向上主枝都比较粗大,随着各向异性系数的增大,各向主枝都逐渐变细,各向生长速度明显加快,但当各向异性大于0.07时,枝晶形貌发生了变异失真。     

强制对流作用下纯Ni枝晶生长的相场法研究(二)

基于耦合流场的Wheeler模型,采用有限差分法对纯镍枝晶生长过程进行了模拟,研究了初始晶核半径对枝晶形貌及尖端生长行为的影响,分析了初始晶核半径大于尖端分裂临界晶核半径时的枝晶生长机理。结果表明,在流速为14.76 m/s的垂直强制对流作用下,初始晶核半径小于尖端分裂临界晶核半径时,不同初始晶核半径的枝晶臂尖端生长行为相似,且为抛物线形;初始晶核半径大于尖端分裂临界晶核半径时,晶核各优先生长方向上均形成两个突起,水平方向的两个突起合并粗化形成单一枝晶臂,逆流、顺流方向的两个突起平行生长形成尖端分叉的枝晶臂。     

对流作用下纯物质枝晶生长的相场法模拟

基于Tong和Beckermann提出的耦合流场和噪声场的相场模型，采用有限差分法对控制方程进行数值模拟求解，得出结论：逆流和顺流侧枝晶将不再对称，逆流侧枝晶尖端生长速度明显比顺流侧枝晶生长速度快，垂直方向几乎不受流动的影响。分析了热噪声、过冷度、对流流速和各向异性强度对枝晶主枝和侧向分支的影响。     

基于改进元胞自动机方法的强制对流作用下三维枝晶生长的数值模拟

建立了一种改进的元胞自动机模型来模拟熔体对流条件下的二元合金三维枝晶的生长。模型中考虑了界面能各向异性和溶质扩散对固/液界面推移的影响,在同一套网格中耦合求解质量传输和液相流动方程,从而可以模拟溶质扩散和熔体对流之间的相互作用。使用该模型模拟了一定过冷度条件下,强制对流对Al-7%Si(质量分数,下同)合金三维枝晶生长形貌的影响。模拟结果表明,熔体强制对流导致迎流侧尖端溶质富集层减薄,枝晶生长出现了迎流生长现象。将模拟得到的溶质过饱和度与Oseen-Ivantsov解析解进行对比,当流速较大时两者吻合较好。同时模拟了三维和二维强制对流作用下枝晶生长形貌的演化,由于三维条件下对流使得熔体能够绕过垂直于对流方向的一次枝晶臂主干将溶质带到背流侧,而二维条件下只能绕过垂直方向一次臂的尖端,因此三维MCA模型能更准确地反映强制对流对枝晶生长的影响。     

基于自适应有限元相场模型模拟强制流动条件下的枝晶生长(英文)

应用投影算法与相场法相结合的数学模型,采用基于非均匀网格的自适应有限元法求解该模型,并对强制流动作用下镍过冷熔体中枝晶生长行为进行模拟。模拟结果表明,强迫对流的引入导致枝晶生长的不对称性。当流速小于临界值时,流动对枝晶的不对称生长影响较小;当流速达到或超过临界值时,枝晶生长的控制因素逐渐从热扩散过渡到对流。随着流速的增大,流动法向的一次枝晶臂朝逆流方向倾斜角度增大。而枝晶生长对熔体流动具有明显的影响。随着枝晶尺寸的增大,在顺流区域产生涡流效应,涡流区逐渐扩大并在枝晶尖端出现重熔现象。此外,非均匀网格的自适应有限元方法的CPU耗费时间比均匀网格方法降低一个数量级,并且加速比与计算域尺寸成正比。     

相场参数对强制流动下枝晶生长影响的模拟研究

基于相场方法对强制流动下的纯物质凝固过程进行数值模拟,研究流速、过冷度、耦合参数、各向异性参数对枝晶生长的影响.结果表明:强制流动下的晶核生长为非对称的枝晶,迎流方向的枝晶臂尖端生长得到促进、逆流方向的受到抑制、垂直流方向则影响很小;随着过冷度、耦合参数、各向异性值的增大,3个方向的枝晶臂生长速度均增加.     

胫骨生物陶瓷复合材料的微结构增韧机理

扫描电镜观察显示胫骨是一种由羟基磷灰石和胶原蛋白组成的自然生物陶瓷复合材料.羟基磷灰石具有层状的微结构并且平行于骨的表面排列.观察也显示这些羟基磷灰石层又是由许多羟基磷灰石片所组成,这些羟基磷灰石片具有长而薄的形状,也以平行的方式整齐排列.基于在胫骨中观察到的羟基磷灰石片的微结构特征,通过微结构模型分析及实验,研究了羟基磷灰石片平行排列微结构的最大拔出能.结果表明,羟基磷灰石片长而薄的形状以及平行排列方式增加了其最大拔出能,进而提高了骨的断裂韧性.     

面向零件形状的计算机图形库的开发

论述了CAD技术中参数化设计的三种建模方法，重点介绍了基于特征的参数化建模原理。在此基础上，分析机械设计中的机构结构，归纳出其零件的几何特征构成。设计了机构CAD图形库，并提出了该图形库生成步骤和人机交互界面。     

FeCrAIW电弧喷涂层组织的致密化研究

采用激光辐照对FeCrAlW电弧喷涂层的组织进行致密化处理,借助扫描电镜和X衍射对涂层的组织进行了分析.测试了涂层的显微硬度.结果表明:涂层组织致密度提高,孔隙率明显降低.随着激光扫描速度的增加,涂层的显微硬度降低.在较低的扫描速度下,涂层与基体之间形成互熔区,涂层与基体之间产生良好的冶金结合.     

钢材打捆机控制系统智能化技术的研究

钢材打捆机是一种用于轧钢精整工艺的新型自动化设备，其控制系统基于SiemensS7 PLC和TP7触摸屏。系统的智能化技术主要包括：液压高低压自动控制、在线监视、离线故障检测、多台设备协同工作、可视化人机交互技术。本文描述了这些技术的原理与实现方法。     

Ab-initio calculation of enthalpies of formation of intermetallic compounds and enthalpies of mixing of solid solutions

A large number of ab-initio calculations of energies of formation of intermetallic compounds have been performed in the last 15 years. The currently used methods are listed. The paper presents a review of the aluminium based compounds which have been studied. Comparisons of calculated and experimental enthalpies of formation are provided for aluminim-3d and-4d transition metal alloys at equiatomic composition. The modelling of the enthalpies of mixing of solid solutions based on a given lattice is described.     

Features of formation of the structure in production of blanks of disks of heat-resistant nickel alloys

Conclusions To provide a high level of mechanical properties in wrought blanks of cast ÉP741NP and ÉP962 alloys it is necessary to form controlled structures. A necklace-type structure formed in homogenizing isostatic treatment, subsequent thermomechanical working including alternation of the operations of deformation in the (+)-area and recrystallization anneals, and final heat treatment is preferable. The temperature conditions of all stages of thermomechanical working are strictly controlled, especially the final operation of deformation and heating for hardening. To eliminate hardening cracks and distortions it is necessary to use molten salts at t=600°C as quenchants. The use of multiple production operations makes it possible to significantly reduce the structural inhomogeneity related to inhertance of the original dendritic structure. However, the structure of the final semifinished product is nevertheless characterized by a difference in occurrence of the processes of polygonization and recrystallization between the former dendritic cells and the interdendritic spaces in deformation and heat treatment.To obtain structurally homogeneous blanks for gas turbine engine parts it is necessary to use basically new methods of remelting such as vacuum double electrode remelting and electron beam remelting with an intermediate vessel.Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 12, pp. 25–29, December, 1991.