对流作用下镁合金凝固组织演变的数值模拟

基于改进元胞自动机模型和流场传输模型,模拟对流作用下的镁合金等轴晶和柱状晶组织演变过程。采用改进元胞自动机模型模拟具有密排六方结构的镁合金的枝晶生长;采用投影法求解流场传输模型耦合质量守恒方程、动量守恒方程和溶质扩散方程。不仅模拟了镁合金中单枝晶、多枝晶和柱状晶在对流作用下的生长规律,还对不同入流速度下枝晶凝固前沿的溶质分布进行定量分析。模拟结果表明:迎流端枝晶生长较快,二次枝晶臂较为发达;背流端生长缓慢,二次枝晶臂较细小或没有二次晶臂。对流作用还会改变等轴枝晶扩散层的分布,在背流端扩散层呈拖曳特性。因此,对流作用对镁合金凝固组织的演变有重要影响。  

硬质合金微型钻头金刚石涂层预处理工艺对其断裂强度的影响

系统研究了直径为0.5mm的细晶粒微型钻头金刚石涂层前预处理工艺对其断裂强度的影响,并尝试使用线形同轴耦合式微波等离子体CVD方法对预处理后的微型钻头进行了金刚石涂层.其中,预处理采用Murakami溶液(10gKOH 10gK3[Fe(CN)6] 100gH2O)对微型钻头进行表面侵蚀,使其表面适当粗化;其后采用硫酸-双氧水溶液(10mL 98wt% H2SO4 100mL 38%m/v H2O2)对微型钻头表面进行侵蚀,以去除其表面的Co.实验表明,被广泛采用的上述两步法表面预处理技术对尺寸较小的硬质合金微型钻头的断裂强度会造成显著的影响.即使是很短时间的预处理,也会对硬质合金表面造成显著的损伤,引起微型钻头断裂强度的大幅度下降.其中,酸处理过程由于会引起表层组织疏松,其造成的断裂强度的下降更为严重.这表明,两步法预处理方法并不适用于尺寸较小的硬质合金工具.针对小截面硬质合金工具金刚石涂层的需求,需要发展更为适用的表面预处理方法.  

吹气法泡沫铝泡壁表面氧化膜氧化动力学

在620~710°C范围内，将压缩空气吹入含有陶瓷颗粒的A356铝合金熔体中制备泡沫铝样品。运用AES技术对泡壁表面进行分析，以研究温度对表面氧化膜厚度的影响。根据金属腐蚀学及流体力学原理建立表面氧化膜泡壁氧化动力学模型。从理论上预测不同温度条件下泡沫铝泡壁表面氧化膜的厚度，并与实验值进行对比。结果表明，在620~710°C范围内，考虑上浮过程的模型预测的氧化膜厚度理论值明显高于实验值，而不包含上浮过程的模型预测的理论值与实验值符合较好，且后者能更好地描述泡沫铝泡壁表面氧化膜的氧化过程。研究表明，吹气法泡沫铝泡壁表面氧化膜的氧化速率与温度之间的关系符合Arrhenius公式。  

汽车铝合金副车架挤压铸造工艺设计和产品开发

面向汽车制造轻量化的需求,研究和开发了汽车铝合金副车架挤压铸造工艺,并采用数值模拟的方法对工艺进行了优化.使用SCV-2500型立式挤压铸造机开展副车架产品的试制,结果表明,优化工艺能显著减少铸件的缩孔缩松缺陷.从铸件本体取样以观察其微观组织,结果表明,在挤压铸造工艺条件下,铸件组织均匀.经过T6热处理强化后材料的抗拉强度可达到280 MPa,屈服强度可达到225 MPa,伸长率可达到8.1％,硬度为HB95.  

EBSD技术在研究高强马氏体不锈钢氢脆机理中的应用

用EBSD技术研究了在恒定应力和长期氢扩散作用下马氏体不锈钢的氢脆断裂机制。结果表明,氢脆在初期阶段萌生沿晶裂纹,晶界开裂有选择性和倾向性,高能量的大角晶界易发生开裂,低能量的CSL晶界抑制氢脆裂纹。沿晶裂纹两侧的塑性应变宽度仅为微米或亚微米量级,宏观下表现出典型的脆性开裂特征。扩展阶段氢脆裂纹沿特定的滑移系和解理面穿晶扩展,穿越不同晶粒时,裂纹随解理或滑移晶面的取向变化而发生弯折。氢脆断裂机制符合结合力降低和氢促进局部塑性变形模型。  

不同工艺下马氏体不锈钢组织演变及其对表面光洁度和耐蚀性的影响

通过金相、SEM和TEM观察,表面粗糙度测试和电化学实验方法,对经过不同温度淬火和回火的国产Cr13型马氏体不锈钢的微观组织演变及其对材料硬度,表面光洁度和耐蚀性能的影响进行了分析研究.结果表明,马氏体是基体中的主要相,当回火温度为650℃时,铁素体变成基体中的主要相,随着回火温度的提高,不锈钢基体组织发生了由回火马氏体到回火索氏体的演变.回火后,材料的硬度降低,当回火温度达到650℃,材料硬度降至22 HRC,其表面光洁度大幅度降低.同时,回火材料的耐点蚀性能低于淬火态材料,且随着回火温度的提高,马氏体不锈钢的点蚀电位降低,并在500℃时达到最差.  

铝合金模精密铸造界面换热系数测量

熔模精密铸造对于铸件近净成形具有重要意义,但目前鲜见对其铸件-铸型界面换热系数的相关研究.本试验在一维传热模型中采用非线性估算法对工业纯铝在熔模铸造过程中与型壳的换热行为进行了研究,分析结果表明:在凝固前期,铸件与型壳之间的热流密度基本不变,而界面换热系数随两者温差减小而增大;凝固中期,界面换热系数随着整体固相分数增加而线性下降;凝固后期,界面换热系数下降变得十分缓慢.将在一维模型中反求得到的界面换热系数应用到三维铸件模型中,得到的模拟温度与实测温度基本吻合,证明通过一维模型与非线性估算法求取的界面换热系数比较准确,有望在铝合金精密铸造温度模拟中得到应用.  

固-气共晶定向凝固法测定氢在金属熔体中的扩散系数

基于固-气共晶定向凝固技术和单相合金的定向凝固原理,提出一种测定氢在金属熔体中扩散系数的方法。以Cu-H2系为例,研究氩气分压和熔体过热度对氢在金属熔体中熔点处扩散系数的影响。结果显示,不同工艺参数条件下所获得的扩散系数差别很小,且采用该方法获得的氢在金属Cu熔体中温度相关的扩散系数方程与文献中采用实验方法获得的结果吻合得较好,并验证了该方法的可行性。除Cu-H2系外,还计算了氢在金属Mg、Si以及Cu-34.6%Mn合金熔点温度熔体中的扩散系数值以及温度相关的扩散系数方程。  

型砂压实过程的非线性有限元数值模拟

在粘土砂湿型铸造生产的造型方法中,型砂压实过程是型砂最终紧实的主要途径。在射压造型、静压造型等主要的现代造型方法中型砂紧实都采用了压实。对压实过程进行数值模拟,可以预测型砂紧实分布情况,为优化压实工艺和提高铸型质量提供依据。但是粘土砂湿型造型的紧实过程是涉及离散材料体系以及材料非线性、几何非线性、接触非线性等问题共存的一个复杂的力学过程,因此对造型紧实过程进行数值模拟具有相当难度,常用软件如ANSYS、ABAQUS等无法直接对紧实过程进行模拟分析。本文在商用ANSYS软件中采用APDL语言二次开发编程的方法,编写了相应的计算程序并耦合到ANSYS中对型砂压实过程进行了数值模拟,取得了较好的效果。  

基于RBF神经网络的QA110-5-5铝青铜时效处理硬度的预测

用人工神经网络模型分析了时效参数对铝青铜硬度的影响.用“舍一法”训练了模型.模型对训练样本的计算值与实测值在散点图中沿着45°角平分线分布,统计学指标为:均方误差(MSE)为2.1388,相对均方误差(MSRE)为6.59％,拟合分值(VOF)为1.8301.用训练后的网络模型进行预测,得到的散点大致分布于45°角平分线附近,统计学指标为:均方误差为1.9512;相对均方误差为5.62％;拟合分值为1.7783.对时效参数的影响分析表明:时效温度和时效时间对硬度的影响,都存在一个最佳值,在时效温度和时效时间分别为450℃和30 min时,铝青铜的硬度达到最大值.