Cu-13.5%Sn合金雾化液滴凝固过程模拟

在群体动力学的基础上,提出了描述Cu-13.5%Sn（质量分数）合金雾化液滴凝固过程的动力学模型;并将其与液滴的传热方程和运动方程相耦合,对雾化液滴的冷却凝固过程进行了模拟分析,探讨了液滴尺寸、气体初始速度、熔体过热度和初生相与异质形核基底间润湿角对液滴凝固行为的影响.模拟结果表明：本模型能够很好地描述雾化液滴的凝固过程;液滴冷却至一定温度开始形核,随后晶粒长大;液滴直径越小,冷却速度越快,液滴内晶粒数量密度就越高,凝固结束时晶粒亦越细小.形核润湿角和熔体过热度的增加,导致液滴内晶粒数量密度降低,晶粒半径增大;而气体初始速度的增加,有利于液滴内晶粒细化.     

雾化Al-Si合金液滴冷却凝固过程模拟

在群体动力学模型基础上，提出了描述雾化共晶合金液滴组织演变的数学模型，并将其与液滴的运动与传热方程相耦合，对合金的冷却凝固过程进行研究，探讨液滴尺寸对合金冷却凝固过程的影响，结合A390合金进行了计算。结果表明：随着液滴尺寸的减小，所获得的冷却速度及过冷度增大，而析出初生Si相的尺寸及体积分数减小，当液滴尺寸足够小时，液滴温度的变化趋势及微观组织将发生突变。     

喷射成形Al—Zn合金凝固过程模拟Ⅰ——单个液滴凝固行为

应用群体动力学方法,模拟分析了雾化条件下Al-12Zn合金液滴凝固行为和气体初始速度、熔炼温度等参数对单个液滴凝固过程的影响.结果表明,液滴凝固过程可以分为液体冷却、形核和再辉、晶粒长大和共晶凝固、固体冷却5个阶段;对于给定尺寸的液滴.提高气体初始速度或提高熔炼温度,在相同飞行距离时的固相率减少.     

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.     

快速冷却条件下Cu-Co合金的凝固

利用气体雾化方法研究了Cu-20%Co(质量分数)合金的快速凝固行为,获得了富Co相以微细球形粒子形式分布于基体的合金粉末.建立了Cu-Co雾化液滴快速凝固过程模型,模拟分析了雾化液滴凝固的动力学细节.结果表明:所建模型能很好地描述Cu-Co合金雾化液滴冷却凝固过程;液一液相变过程中组织演变是弥散相液滴形核、长大,碰撞凝并和空间迁移共同作用的结果;雾化液滴尺寸越大,冷却越慢,富Co相液滴的形核速率越低,凝固后富Co相的弥散度越差.     

低压脉冲磁场对铸态IN718高温合金凝固组织细化的影响

研究低压脉冲磁场对IN718高温合金凝固组织细化的影响。结果表明：在低压脉冲磁场作用下可以获得完全细小的等轴晶组织。熔体冷却速度和过热度显著影响低压脉冲磁场的细化效果,降低冷却速度和过热度有利于提高脉冲磁场的细化效果。利用商业有限元软件模拟计算高温合金凝固过程中熔体中的电磁力和流场分布情况以揭示脉冲磁场的细化机制。认为脉冲磁场引起的熔体对流,以及同熔体冷却速度和过热度的合理配合是合金凝固组织细化的主要原因。     

高速电弧喷涂雾化熔滴的热传输行为

提出了高速电弧喷涂(HVAS)雾化过程熔滴的热传输理论模型,并用一种FeAl合金进行数值分析。结果表明,雾化过程中熔滴的液态冷却速度在105~107K穝-1数量级,预示涂层将具有快速凝固组织特征;熔滴尺寸、雾化气流初始速度、熔滴过热度及喷涂距离对雾化熔滴的热传输行为均有很大的影响;在一定范围内增大雾化气流压力,增大熔滴过热度,缩短喷涂距离,可以有效地改善高速电弧喷涂层的性能。     

雾化沉积快速凝固过程的计算机模拟──Ⅱ．数值分析

在理论模型的基础上，计算了Ａｌ—４．５％Ｃｕ合金在雾化沉积过程的气体出口速度，气体与金属熔体的质量流率，微滴平均尺寸和微滴运动速度等流体流动动力学参量以及合金在雾化和沉积阶段的温度、固相分数和冷却速度等凝固参量的变化规律。并对计算结果作了分析和讨论。     

Ag-Ni偏晶合金凝固过程研究

对Ag-Ni偏晶合金开展了快速/亚快速凝固实验,获得了富Ni相粒子均匀弥散分布于Ag基体的合金样品,Ag-Ni合金显微硬度随着合金Ni含量增加和试样凝固过程冷却速率升高而增大,当Ag-4.0%Ni合金液-液相变开始阶段熔体冷却速率达1800 K/s时,其显微硬度接近粉末冶金生产的Ag-10.0%Ni片状电触头的硬度。建立了描述Ag-Ni合金凝固组织演变的动力学模型,模拟计算了Ag-Ni合金凝固组织形成过程,分析讨论了合金成分和试样直径(冷却速率)对Ag-Ni合金凝固组织形成过程的影响。结果表明:富Ni相液滴/粒子形核阶段熔体的冷却速率对合金凝固组织弥散度具有决定性影响;合金的Ni含量越高、试样冷却速率越低,凝固组织中富Ni相粒子平均尺寸越大;Ag-Ni合金熔体冷却凝固时,富Ni相液滴/粒子的尺寸主要受形核和长大控制,Ostwald粗化作用很弱。     

Heat transfer analysis of atomized droplets during high velocity arc spraying

The heat transfer problem of the atomized droplets during high velocity arc spraying (HVAS) was modeled and solved by a numerical method using a Fe-Al alloy, and the influences of several important process parameters on the heat transfer behaviors of the atomized droplets were analyzed. The results show that the initial cooling rates of different size droplets range from 105 to 107 K/s, thus producing the coating microstructure with the features of rapid solidification. The droplet size, atomization gas pressure and droplet superheat have great influences on the heat transfer behavior of the droplet. The droplet temperature and cooling rate are much sensitive to the droplet sizes, but insensitive to the atomization gas pressure and droplet superheat. It can be predicted that the properties of HVAS coatings will be improved by decreasing droplet size as well as increasing atomization gas pressure and droplet superheat in certain extents.     

高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数值分析Ⅱ.工艺参数对熔滴传热过程的影响

在高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数学模型的基础上，用Fe-Al合金进行了数值计算，分析了工艺参数对熔滴传热过程的影响。结果表明，熔滴尺寸越小，在一定喷涂距离上的对流换热系数则越大、熔滴温度越高、固相分数越小、冷却速度越大；雾化气流压力和喷涂电流越大，在一定的喷涂距离上熔滴温度也就越高，熔滴中的固相分数越低，且其凝固过程也越长；熔滴的冷却速度对熔滴尺寸和喷涂距离的变化十分敏感，而对雾化气流压力和喷涂电流的变化不太敏感；Fe-Al合金熔滴的液态冷却速度达10^5～10^7K／s数量级，预示涂层将具有快速凝固组织特征。     

雾化气体和冷却速度对镍基合金粉末凝固特性的影响

镍基合金粉通过氩气雾化和氮气雾化制得。利用扫描电镜及其借助EDS能谱仪研究了雾化粉末的凝固微观结构特性。基于牛顿冷却模型,计算了雾化融滴的冷却速度和飞行速度。计算结果表明,雾化介质和融滴尺寸对冷却速度有影响,冷却速度也影响粉末的微观结构。对于氩气雾化粉,发达的枝晶结构在较低的冷速下获得;在较高的冷却速度下,得到混合的微观结构（枝晶和包晶）。对于氮气雾化粉,较低的冷速下得到枝晶;在较高的冷速下得到包晶。通过理论计算,氩气雾化粉末的冷却速度是10000K/s到424000 K/s,氮气雾化粉的冷却速度是10000K/s到480000 K/s。随着融滴尺寸的减小,两种雾化粉末的冷却速度则逐渐增加。元素Cr, Co, W, Ni 和 Al主要集中于晶轴,然而Ti主要集中于枝晶区域。     

利用Marangoni对流制备均质偏晶合金

利用温度场下第二相液滴的Ｍａｒａｎｇｏｎｉ运动，设计了一种在地球重力场下制备均质偏晶合金的“控制铸造”新技术。在这种技术中，偏晶合金凝固界面前沿的第二相液滴将在重力场下作Ｓｔｏｋｅｓ运动和在温度梯度场下作与重力方向相反的Ｍａｒａｎｇｏｂｎｉ运动。     

高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数值分析Ⅰ.数学模型及传热参数变化规律

采用流体力学理论、凝固理论和牛顿冷却模式,提出了高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程的数学模型,并用一种Fe-Al合金进行数值计算,用Spraywatch-2i热喷涂监控系统测试不同喷涂距离处熔滴平均温度的变化,以验证数学模型的正确性,并分析了雾化熔滴传热参数的变化规律。结果表明,计算结果与实测数据基本吻合。雾化过程中熔滴的对流换热系数、温度、固相分数及冷却速度等传热参数呈规律性变化。直径为34μm的Fe-Al合金雾化熔滴的初始液态冷却速度达2.5×10⁶ K/s,预示涂层将具有快速凝固组织特征。     

过偏晶合金快速凝固过程中第二相液滴在液—液相变区内的粗化

建立了一个描述快速冷却条件下偏晶合金在液-液相变区内的第二相液滴粗化的数学模型,该模型考虑了第二相液滴的形核、扩散长大以及Brownian碰霎时超大型者的共同作用,模拟结果表明,第二相液滴间的Brownian碰撞是影响液滴粗化的一个重要的因素,快的冷却速率导致基体液相中液质过饱和度和第二相形核速率都升高到一个高的水平,同时得到较小的液滴平均半径和较大的液滴数目密度,这个模型对Al-30%In合金的预测结果与实验结果吻合较好,这说明本文所建立的模型在快速冷却条件下具有实际预测功能,这个模型同样可用于其它难混溶合金系。     

高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程数值分析Ⅰ.数学模型及传热参数变化规律

采用流体力学理论、凝固理论和牛顿冷却模式,提出了高速电弧喷涂雾化熔滴传热过程的数学模型,并用一种Fe-Al合金进行数值计算,用Spray watch-2i热喷涂监控系统测试不同喷涂距离处熔滴平均温度的变化,以验证数学模型的正确性,并分析了雾化熔滴传热参数的变化规律.结果表明,计算结果与实测数据基本吻合.雾化过程中熔滴的对流换热系数、温度、固相分数及冷却速度等传热参数呈规律性变化.直径为34 μm的Fe-Al合金雾化熔滴的初始液态冷却速度达2.5×106K/s,预示涂层将具有快速凝固组织特征.