新型真空熔化定向凝固装置的研制

对真空感应熔炼与双区加热结合在一起的定向凝固装置的可行性进行了研究，并研制出一套新型真空熔化定向凝固装置。该装置的主要特点是：（１）可定向凝固出较大尺寸的样品；（２）兼有熔炼和定向凝固的功能，熔炼好的合金液能自动底注到加热器内的型壳中；（３）定向凝固部分采用了先进的双区加热技术，既提高了温度梯度又减少了合金元素的烧损；（４）抽拉速度能在很大范围内调节。     

单晶高温合金HRS定向凝固过程凝固参数的计算机检测与分析

建立了一套炉前计算机数据自动采集和控制系统，该系统可对HRS定向凝固过程的温度数据进行自动采集。对单昌高温合金DD98定向凝固过程湿度场的现场测定和分析的结果表明：该系统现场采集的数据平稳，较好地解决了干扰问题；在恒定的加热温度和抽拉速率下，温度梯度、糊状区宽度等凝固参数是不断变化的，起始端的温度梯度最高，凝固后期温度梯度趋于平稳，糊状区的宽度随着凝固的进行呈增加的趋势。     

高温度梯度定向凝固振荡性微观结构的特征和开成机制

利用新型高温梯度（ＧＬ＝２５６－１３００Ｋ／ｃｍ）定向凝固装置，研究了粒晶法制备含亚结构的镍基高温合金ＤＤ３单晶及二元模型合金Ａｌ－０．８５％Ｃｕ晶体生长过程的组织演化与选择特征中的非稳态组织特性，特别是定向胞状振荡性微观结构的组织特性及其与定向凝固江艺条件的关系，并将其与在晶体生长透明有机物模拟装置－Ｊａｃｋｓｏｎ温度平台（ＧＬ可达１５０Ｋ／ｃｍ）上原位观察到的ＣＢｒ４定向生长结果相对比，从而分     

高温度梯度定向凝固振荡性微观结构的特征和形成机制

利用新型高温梯度（ＧＬ＝２５６～１３００Ｋ／ｃｍ）定向凝固装置，研究了籽晶法制备含细亚结构的镍基高温合金ＤＤ３单晶及二元模型合金Ａｌ０．８５％Ｃｕ晶体生长过程的组织演化与选择特征中的非稳态组织特性，特别是定向胞状振荡性微观结构的组织特征及其与定向凝固工艺条件的关系，并将其与在晶体生长透明有机物模拟装置Ｊａｃｋｓｏｎ温度平台（ＧＬ可达１５０Ｋ／ｃｍ）上原位观察到的ＣＢｒ４定向生长结果相对比，从而分析其形成机制，探索有效控制和利用该现象的工艺途径。     

稀土超磁致伸缩合金结晶形貌研究

研究了成分为Ｔｂ０３Ｄｙ０７（Ｆｅ１－ｘＭｘ）１９５（Ｍ＝Ｍｎ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｂ，ｘ＝００３）的合金在高温度梯度区熔定向凝固过程中的结晶形貌与晶体生长速度ｖ，温度梯度ＧＬ之间的关系。发现当温度梯度一定时，随结晶速度增加，结晶形貌由平面晶向胞状晶、胞枝状晶和树枝晶转变。合金的结晶速度为一定时，随温度梯度ＧＬ由低向高变化，合金由发达的树枝晶向胞枝状晶和胞状晶转变。当合金具有胞枝状晶形貌时，＜１１２＞沿棒状样品的轴向取向，此时合金可获得优异的磁致伸缩性能。     

自生复合Cu—Cr合金的定向凝固特性

采用定向凝固连续铸造技术成功制备了纤维增强的自生复合Ｃｕ－Ｃｒ合金电车线线坯,并对自生复合Ｃｕ－Ｃｒ合金的定向凝固特性,包括组织形态、枝晶间距及纤维长度等,作了详细的研究。实验结果表明：保持平面状或胞状的凝固界面有利于纤维状的自生复合组织的形成;当ＧＬ＝２１０℃／ｃｍ,Ｖ＝０．６ｍｍ／ｍｉｎ时,Ｃｕ－０．８％Ｃｒ合金凝固界面呈平面状;增加凝固速率,Ｃｕ－Ｃｒ合金的一次枝晶间距呈先增大后减小的规律,     

加热方式对AZ31镁合金定向凝固组织影响研究

采用螺旋型硅碳管加热和中频感应加热两种方式对AZ31镁合金进行定向凝固实验,通过调节拉伸速率和加热温度控制定向凝固组织,并对两种加热方式的结果进行对比分析.实验发现:采用中频感应加热方式能够获得较为理想的定向凝固组织,当加热温度为873℃,拉伸速率为8 μm/s时,组织状态较好.     

定向凝固TbDyFe合金的取向,组织和磁致伸缩性能

采用ＪＳＬ－５００区域熔化真空定向凝固装置,对ＴｂＤｙＦｅ超磁致伸缩合金定向凝固轴向择优取向、组织和磁致伸缩性能的研究表明：温度梯度ＧＬ≈７００Ｋ／ｃｍ基本不变的条件下,当昌体生长速度Ｖ≤１ｍｍ／ｍｉｎ时,晶体以平面晶方式生长;１〈Ｖ≤６ｍｍ／ｍｉｎ时,以胞状昌方式生长;Ｖ＝８－１２ｍｍ／ｍｉｎ时,晶体按胞枝晶方式生长（胞状晶树枝晶转变的初始阶段）;当Ｖ〉１５ｍｍ／ｍｉｎ时,晶体按发达的树枝晶方式     

Al－Si合金的共晶共生区及组织形成规律

本文利用定向凝固、金相、电子显微技术及Ｘ射线择优取向分析等手段对Ａｌ－Ｓｉ合金的组织形态、相结晶特性等与凝固条件的依赖关系进行了研究并定量获得了低温度梯度下（Ｇ＝４５℃／ｃｍ）Ａｌ－Ｓｉ合金的共晶共生区．实验表明：Ａｌ－Ｓｉ合金的共晶共生区形态十分复杂，随凝固速度的提高，共生区变得狭窄并向富Ｓｉ方向倾斜．共生区的复杂性相关于合金组织对凝固条件的敏感性，而形貌的多样性取决于共晶相本身的结晶学特点．当存在内部扰动或外部条件不稳定时，合金中可能出现几种异常组织和缺陷．     

Al—Si合金的区晶共生区及组织形成规律

本文利用定向凝固、金相、电子显微技术及Ｘ射线择优取向分析等手段对Ａｌ－Ｓｉ合金的组织形态、相结晶特性等与凝固条件的依赖关系进行了研究并定量获得了低温度梯度下（Ｇ＝４５℃／ｃｍ）Ａｌ－Ｓｉ合金的共晶共生区，实验表明：Ａｌ－Ｓｉ合金的共晶共生区形态十分复杂，随凝固速度的提高，共生区变得狭窄并向富Ｓｉ方向倾斜，共生区的复杂性相关于合金组织对凝固条件的敏感性，而形貌的多样性取决于共晶相本身的结晶学特。当存     

高灯杆热浸镀温度场的有限元分析

通过试验测定了高灯杆浸镀锌液的表面换热系数 ,分析了焊缝区温度场的分布 ,采用三维有限元模型定量研究了热浸镀时浸入起始端、浸入角度、速度、深度和换热系数波动等工艺条件对灯杆座焊缝区域周向温差和表里温差的影响。计算结果显示不同的浸入起始端对温差没有明显影响。降低浸镀锌液的换热系数 ,采用小角度快速浸入可以降低焊缝区域温差。为了降低焊缝区域的温差 ,建议热浸镀时由底板端快速浸至焊缝上方 30mm以上。     

连铸Ag-28Cu温度场非稳态过程的数值模拟

采用Procast软件中的Mile算法对Ag-28Cu合金连铸凝固过程中温度场的非稳态变化进行了模拟,研究了不同拉速、过热度和换热系数对温度场分布、凝固速率和凝固前沿温度梯度变化的影响。模拟结果表明:随拉速的增大,铸件中心区域的凝固速率加快,凝固前沿温度梯度变化范围减小。换热系数的改变在靠近铸件表面区域对凝固速率基本没有影响,但靠近铸件中心区域后,其凝固速率随换热系数开始大幅度增大。在整个凝固过程中,换热系数越大,凝固前沿温度梯度越大。随浇注温度的提高,其凝固速率呈振荡式增大,凝固前沿温度梯度呈振荡式减小。     

等离子喷涂过程基体温度场分布的数值模拟

等离子喷涂的热源温度高,涂层成形区域温度梯度大、热量累积快,涂层中常存在较大的残余应力。研究通过数值模拟并辅以必要的试验测试研究了等离子喷涂过程基体表面热量累积行为：建立了二维静态喷枪加热模型,研究了在不同喷涂距离时基体表面温度场分布规律;建立了移动热源加热模型,研究了在不同喷枪移动速度和扫描遍数时基体热量累积规律。结果表明：在静态喷枪加热作用下,基体温度场呈中间高两端低的对称分布状态;随着喷涂距离减小,基体表面最高温度与平均温度显著升高,温度梯度变化明显,高温区域半径显著增大。在动态喷枪加热过程中,基体左右边界热量累积现象明显,且喷枪移动速度越快,基体表面热量累积越少,温度分布梯度越小;随着喷枪扫描遍数的增加,基体中心区域温度呈波浪式上升,温度增长幅度逐渐变小。     

蓝宝石热物性能对SAPMAC法晶体生长影响的模拟分析

利用数值模拟计算方法对材料热物性能对晶体生长的影响进行了计算分析，计算表明：晶体与熔体具有相同的热导率时，较小的热导率能够有效降低晶体内温度梯度和界面凸出率；晶体热导率各向异性时，较大的径向热导率，较小的轴向热导率更有利于保持微凸的生长界面；热熔、潜热对温场几乎没有影响。选a轴为结晶取向，成功生长出了直径达230mm、高质量蓝宝石晶体。     

型壳参数对定向凝固两相区温度梯度的影响

采用数值模拟与实验验证相结合的方法研究了型壳不同预热温度和厚度对凝固两相区温度梯度的影响.型壳预热温度对温度梯度的影响主要表现在凝固前期;型壳厚度对温度梯度的影响主要体现在凝固后期热量的散失方式上.结果表明,在型壳的预热温度从1450℃增加到1550℃的过程中,平均温度梯度不断增大,最大值为42.1℃/cm;分别考察了4～8mm厚度型壳的凝固过程,平均温度梯度先增大后减小,当型壳厚度超过一定范围时,温度梯度的变化很小,在厚度为6mm时达到最大值43.8℃/cm.     

镀锌工艺对锌花状态的影响

针对实际生产中容易出现锌花轮廓模糊、均匀性差、大小不受控等问题,对镀锌大锌花产品的锌花控制进行了研究。分析了锌液中的Sb元素含量、带钢入锌锅温度及锌液温度、锌液冷却速率对锌花状态的影响,对锌花状态进行了评分定级。针对薄带钢(0.5 mm≤h≤0.8 mm),中厚带钢(0.9 mm≤h≤1.2 mm)、厚带钢(1.4 mm≤h≤2.0 mm)的锌花控制进行了工业试验研究。结果表明,随着Sb质量分数由0.07%增至0.09%,锌花状态逐步改善,Sb质量分数为0.09%时锌花状态最佳。随着Sb含量继续增加,锌花状态反而有一定下降。对于薄带钢,将带钢入锌锅温度设定为520 ℃,锌液温度设定为470 ℃,可得到较好锌花;对于中厚带钢,将带钢入锌锅温度设定为460 ℃,锌液温度设定为460 ℃,可得到较好锌花;对于厚带钢,将带钢入锌锅温度设定为435 ℃,将锌液温度设定为450 ℃,可得到较好锌花。     

高温合金激光熔覆过程温度场的数值模拟

在考虑高温合金K417G相变潜热、热物性参数随温度变化、对流与辐射总的换热系数随温度变化的条件下，采用有限元软件ANSYS建立了高温合金激光熔覆动态三维温度场模型。结果表明：在激光熔覆的初始阶段和最后阶段温度迅速上升，中间阶段各个节点有基本相同的热循环曲线，只是时间的先后不同；沿激光束扫描方向和与扫描方向垂直的方向都存在极大的温度梯度，温度梯度的存在引起较大的热应力，而热应力的存在是激光熔覆过程易产生裂纹的主要原因。     

GH4133高温合金激光深熔焊温度场数值模拟

对航空材料GH4133高温合金激光深熔焊接过程进行了有限元数值模拟分析,建立了高斯旋转曲面体热源的热输入模型,得到了基于小孔模型的温度梯度曲线分布.结果表明,激光焊接小孔深度方向的热传导速率大于小孔径向的热传导速率;小孔前端的热梯度远大于小孔后端,小孔和熔池形状均为长椭圆形;距离焊缝不同位置处各点的升温过程相比焊缝中心具有延迟性,且温度峰值大大降低.     

镀锌板激光钎焊温度场的数值模拟

以镀锌钢板为母材,以CuSi3焊丝为钎料,进行了单、双光束激光钎焊实验．在分析单、双光束激光填丝钎焊传热行为的基础上,采用有限元方法对激光钎焊温度场进行了数值模拟,提出了激光填丝钎焊热源模型．采用体热源来模拟熔化钎料铺展流动引起的传热,模型考虑了热物性参数随温度的变化带来的非线性影响以及潜热、辐射和对流对传热的影响．对典型激光钎焊工艺参数下的温度场进行计算,结果表明：单光束激光钎焊有较高的温度梯度,而2mm焦点间距的双光束钎焊接头峰值温度和温度梯度低,高温区域宽,更适合于获得良好的钎焊接头．     

选择性激光烧结金属粉末瞬态温度场模拟

局部输入的集中移动热源造成了选择性激光烧结过程中温度场分布不均衡且不稳定,因此研究其温度场对掌握烧结过程中温度动态分布规律具有重要意义。在考虑了热传导、热辐射和热对流,材料的非线性热物性参数和相变潜热的作用下,建立了水雾化Fe多道烧结的三维有限元模型,采用ANSYS参数化设计语言(APDL)实现移动的高斯热源的加载。模拟结果表明:激光烧结过程中,在光斑中心前端存在着较大的温度梯度;光斑中心的温度高于金属粉末的熔点,烧结过程存在液相;粉床内部温度场在深度方向呈漏斗状阶梯分布,随烧结深度的增加,粉床内部的温度和温度梯度迅速衰减;同一烧结道各点的最高温度相对稳定,但随着烧结道的增加,各点最高温度都有小幅度增加的趋势,这是温度累加的结果。