用颗粒推移模型模拟Al-Si/SiCp复合材料微观组织

对搅拌铸造法制备SiC颗粒（SiCp）增强Al-7．0%Si（质量分数）复合材料的微观组织形成过程进行了模拟研究，建立了常规凝固条件下相应的宏观传热、等轴枝晶形核生长以及颗粒推移的二维计算模型，采用一种改进的CA（cellular automaton）方法与有限差分法耦合进行数值计算，研究了不同铸造方式对复合材料微观组织以及颗粒分布的影响．为了验证模拟结果，浇注了阶梯形金属型和砂型试样、结果表明，模拟得到的复合材料颗粒分布及微观组织与实验结果吻合良好．     

SiC/Al-Si复合材料颗粒分布的数值模拟

介绍了颗粒分布的定量分析技术在颗粒增强复合材料性能预测方面的研究方法以及应用进展。在对搅拌铸造法制备SiC颗粒增强Al-7．0Si复合材料凝固过程的宏／微观数值模拟的基础上，将样方法以及方差分析法嵌入数值模型，对不同颗粒体积分数条件下复合材料颗粒分布均匀性进行了定量分析，并与试验结果进行了对比。结果表明：将宏／微观数值模拟与定量分析技术相结合，能够更为准确地分析不同工艺参数对复合材料微观组织以及颗粒分布的影响。在本试验条件下，随着SiC颗粒体积分数的增加，样方法中的颗粒均匀性参数值以及方差系数都逐渐减小，SiC颗粒分布更均匀。     

Modeling of Microporosity Formation in a Vertical Upward Unidirectional Solidification Al-Cu Casting

基于枝晶间流动的Darcy定律, 考虑了凝固过程氢的宏观扩散与传输, 建立了耦合氢宏观偏析的铝合金铸件微观孔洞形成的数学模型, 并进行了实时熔炼的Al-4.5%Cu(质量分数)铸件的垂直向上凝固实验, 铸件微观组织和孔洞的分析结果表明: 铸件沿着高度方向包括了柱状晶、柱状晶向等轴晶转变(CET)和等轴晶3个区域; 柱状晶区域内微观孔洞体积分数存在递减的分布规律, 且邻近底部冷模的试样微观孔洞体积分数最大．采用所建立的模型对实验铸件微观孔洞形成进行了模拟, 模拟结果与实验结果吻合较好; 而当忽略氢宏观偏析时, 模拟结果与实验结果存在较大误差．研究表明, 氢的宏观偏析对微观孔洞的形核与分布具有重要影响．     

TiC颗粒增强钛基复合材料细观动态力学性能

基于不动点迭代法提出宏细观多尺度计算方法对颗粒增强钛基复合材料的静动态力学性能进行研究。采用该多尺度计算方法可以将复合材料的宏观力学性能与材料的微观结构相联系,通过迭代法从宏观角度为单胞模型提供真实的物理边界条件,将该边界条件施加到单胞有限元模型,对其进行有限元分析可最终获得复合材料的宏观力学性能。在与试验结果比较的基础上,预测颗粒形状、颗粒的体积分数、颗粒大小以及界面强度对TiC颗粒增强钛基复合材料静动态力学性能的影响,为颗粒增强钛基复合材料力学性能的优化设计提供依据。     

半固态材料微观结构统计特征的多尺度研究

利用组织定量分析的原理,从微观机理与宏观特性相结合的角度对半固态材料2次重熔过程中微观结构特征(固相颗粒大小分布和体积百分比分布等)的统计性质进行多尺度分析与研究,得到固相颗粒大小和体积分数的统计规律.同时对结果进行了讨论,根据研究结果可知统计分布概率密度函数与加热温度有着紧密的联系.     

垂直向上凝固Al-Cu铸件中微观孔洞形成的数值模拟

基于枝晶间流动的Darcy定律,考虑了凝固过程氢的宏观扩散与传输,建立了耦合氢宏观偏析的铝合金铸件微观孔洞形成的数学模型,并进行了实时熔炼的Al-4.5%Cu(质量分数)铸件的垂直向上凝固实验,铸件微观组织和孔洞的分析结果表明:铸件沿着高度方向包括了柱状晶、柱状晶向等轴晶转变(CET)和等轴晶3个区域;柱状晶区域内微观孔洞体积分数存在递减的分布规律,且邻近底部冷模的试样微观孔洞体积分数最大.采用所建立的模型对实验铸件微观孔洞形成进行了模拟,模拟结果与实验结果吻合较好;而当忽略氢宏观偏析时,模拟结果与实验结果存在较大误差.研究表明,氢的宏观偏析对微观孔洞的形核与分布具有重要影响.     

数值模拟研究SiC颗粒增强6061Al复合材料力学性能

采用宏微观耦合有限元模型和子模型技术研究了Si CP/6061Al复合材料微观结构对其力学性能的影响。宏微观耦合有限元模型是由宏观模型和复合材料微观结构模型组成。子模型分析技术是进一步细化复合材料微观结构有限元模型,并把该复合材料微观结构有限元模型边界位移施加到子模型上进行分析计算,子模型分析技术可提高计算准确性及效率。结果表明:增强颗粒形状对该复合材料弹性力学性能几乎没影响,但随增强颗粒角度尖锐化,该复合材料应变硬化效果和应力集中显著增强。颗粒团簇导致了Si CP/6061Al复合材料中应力-应变分布的不均匀,且易失效。随增强颗粒体积分数的增加,该复合材料强度增强。     

粉末冶金法制备纳米MgO颗粒增强铜基复合材料

采用粉末冶金法制备了不同体积分数的纳米MgO颗粒增强铜基复合材料,测定了MgO/Cu复合材料的密度、硬度和电导率,并进行了微观组织观察。结果表明,随着MgO颗粒含量的增加,MgO/Cu复合材料的密度和电导率降低,硬度先升高后降低,当MgO体积分数达到2.5%时,综合性能最好。微观组织观察表明,热挤压后,增强相颗粒弥散分布在铜基体上;随着增强相体积分数的增加,颗粒出现团聚并聚集在铜基体晶界处。     

SiCp/Al复合材料导热性能的数值模拟

采用有限元方法对SiCp/Al复合材料的导热性能进行了数值模拟,建立了平面四颗粒和多颗粒随机分布复合材料测试模型,研究了颗粒体积分数、颗粒粒径、颗粒形貌以及基体对复合材料导热性能的影响.结果表明,SiCp/Al复合材料的热导率随SiC颗粒体积分数增加而下降;复合材料热导率随颗粒粒径的增大而稍有变化;球形颗粒复合材料热导率高于方形颗粒复合材料热导率,ZL101基体复合材料热导率高于ZL102基体复合材料热导率.     

颗粒增强铝基复合材料的半固态组织与性能

采用自制的半固态流变性能测试装置，研究了SiC颗粒增强铝基复合材料的半固态流变性能，并对其微观组织进行了分析。结果表明，在SiC颗粒体积分数低于12％的条件下，SiC颗粒越多，材料的半固态流变性能越好。半固态微观组织分析表明，SiC颗粒的分布状况与复合材料的半固态的变形量有关。     

有外加相存在时Al-Si合金枝晶微观组织的数值模拟

对有外加SiC颗粒(SiCp)的Al-7.0%Si(质量分数)合金熔体凝固过程中球状颗粒与枝晶间相互作用,以及包含颗粒分布的微观组织形成过程进行了模拟研究.在热、溶质守恒的基础上考虑了溶质再分布、界面曲率以及各向异性的影响,并分别对颗粒、固相、液相以及固/液界面进行处理.建立了单个及多个颗粒与枝晶相互作用的数值模型,预测了单个颗粒与凝固界面之间的吞并/推移现象,并研究了颗粒附近枝晶生长的溶质浓度场、速度场以及界面形状,再现了多颗粒与多枝晶相互作用直至最终偏聚到枝晶间的过程.模拟结果表明:颗粒被推移时颗粒与界面的相互作用是一个非稳态的过程,但是在凝固速率较低的条件下可以按照稳态推移的模式进行处理.模拟得到的颗粒分布及微观组织与实验结果吻合较好.     

Microstructures and mechanical properties of Al 2519 matrix composites reinforced with Ti-coated SiC particles

Ti-coated SiC_p particles were developed by vacuum evaporation with Ti to improve the interfacial bonding of SiC_p/Al composites. Ti-coated SiC particles and uncoated SiC particles reinforced Al 2519 matrix composites were prepared by hot pressing, hot extrusion and heat treatment. The influence of Ti coating on microstructure and mechanical properties of the composites was analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). The results show that the densely deposited Ti coating reacts with SiC particles to form TiC and Ti₅Si₃ phases at the interface. Ti-coated SiC particle reinforced composite exhibits uniformity and compactness compared to the composite reinforced with uncoated SiC particles. The microstructure, relative density and mechanical properties of the composite are significantly improved. When the volume fraction is 15%, the hardness, fracture strain and tensile strength of the SiC_p reinforced Al 2519 composite after Ti plating are optimized, which are HB 138.5, 4.02% and 455 MPa, respectively.     

颗粒增强金属基复合材料凝固过程的计算机模拟

探讨了颗粒增强金属基复合材料凝固过程的计算机模拟中热处理性质和凝固潜热的处理方法，并用实验验证了其有效性，在此基础上，研究了颗粒的体积分数对Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＣ，ＳｉＯ２颗粒增强Ａｌ－４％Ｍｇ复合材料冷却速度的影响。     

复合材料凝固过程中颗粒推移距离及其影响因素

研究了颗粒含量对自生ＭｇＯ／Ｍｇ２Ｓｉ颗粒增强Ｍｇ－１１Ｌｉ基复合材料凝因组织的影响，得出颗粒被界面俘获成推移的热力学条件及颗粒推移距离表达式，随颗粒含量和凝固速度增加以及推移临界速度的减小，推移距离减小，理论分析与实验结果一致，并提出了改善颗粒增强复合材料组织均匀性的主要途径。     

POEM法制备微米级Cu球形粒子的传热与凝固行为研究

脉冲微孔喷射法（POEM）制备微米级球形粒子是典型的无容器传热和凝固过程,制备出的球形粒子具有粒径均一、圆整度高、热履历一致等特点,对流和辐射主导的传热机制对其制备工艺、凝固过程和组织控制至关重要。针对脉冲微孔喷射法微米级球形金属粒子的制备过程、冷却传热与凝固特征,本文建立了三维球坐标系下的粒子传热与凝固数值计算模型,考虑纯Cu粒子在无约束凝固过程中的对流和辐射换热特点,采用温度回升法处理纯金属的凝固潜热,计算了金属粒子在凝固过程不同阶段的温度变化与分布特点,考察了粒子凝固进程中的温度梯度、冷却速率、液固界面推进与凝固速度;模拟分析粒子的对流、辐射换热特征及贡献强度,探讨了不同制备工艺对粒子对流换热的影响,为POEM法微米级球形粒子制备工艺的优化和凝固过程调控提供参考。     

SiC颗粒对SiC_P/AZ61复合材料触变

利用Thermecmastor-Z热模机对经过搅熔铸造法-半固态等温热处理法制备的SiCp/AZ61复合材料半固态坯料进行触变压缩实验。重点分析了SiC颗粒体积分数对真实应力和微观组织的影响。研究表明:在压缩变形前后的SiCp/AZ61复合材料中,SiC颗粒增强相主要位于晶粒晶界处;SiC颗粒增强相体积分数越大,SiCp/AZ61复合材料在半固态条件下的真实应力越大、组织颗粒越细小,塑性变形越明显。     

颗粒增强Al－4％Mg复合材料在等轴晶凝固过程中的颗粒推挤

研究了ＳｉＣ，Ａｌ＿２Ｏ＿３，ＳｉＯ＿２颗粒增强Ａｌ—４％Ｍｇ复合材料在凝固过程中，颗粒的种类、粒度对颗粒推挤导致颗粒分布不均匀的影响。提出在等轴晶凝固条件下，颗粒推挤的强烈程度由等轴晶粒和颗粒的质量比确定。理论预测与试验结果吻合良好。     

THE DEVELOPMENT OF RAPIDLY SOLIDIFIED MICROSTRUCTURE IN SiC p/A356 COMPOSITES SUBJECTED TO LASER BEAM

１．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｍｏｎｇｓｅｖｅｒａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒｆｏｒｍｉｎｇｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ／ｍｅｔａｌｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｕｒｆａｃｅｓ,ｌａｓｅｒｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｈａｓｓｈｏｗｎｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｐｒｏｍｉｓｅ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｇｒｅｓｓｆｕｒｔｈｅｒｔｈａｎａｎｅｍｐｉｒｉｃａｌａｐｐｒｏａｃｈｔｏｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｐｐｒｏｐｒ…