对压铸充型与补缩的探讨

浇注系统是金属熔液充型的通道，充满型腔的金属液由于冷凝体缩，须在压力下从浇道补料(称补缩)。在设计浇注系统时应重点考虑补缩，因为金属液凝固过程中的体缩量是很大的。     

固态补缩机制及其在大高径比铸件上的应用

鉴于液态补缩机制不能解决大高径比铸件中心缩孔疏松缺陷,提出了固态补缩机制.通过分析金属液静水拉力对内孔形核和固相屈服变形的作用,阐明了固态补缩机制的原理,并得出了影响铸件固态补缩能力的主要因素:液体破裂压力值、金属液气体含量以及固相屈服强度.在此基础上,提出了降低铸件在径向上的温度梯度是减少大高径比铸件缩孔疏松缺陷的有效方法.最后,设计了铸件在不同模具温度下凝固的验证实验,证实了固态补缩对于减少大高径比铸件缩孔疏松的作用.     

熔模精密铸造合金凝固补缩问题的研究

通过合金液在熔模精密铸造型壳中的流动状况分析,探讨了合金液流动状况与凝固补缩的关系,并提出了合金凝固方式对"补缩"的影响,在研究熔模铸造浇注补缩系统特点的基础上,提出了有关"补缩参数"的取值方法和影响因素.     

智能控制的真空差压反重力铸造工艺参数优化

对智能控制的真空差压反重力铸造的真空度、充型压力、升压时间和结晶压力等主要工艺参数进行了优化分析.研究结果表明,这些参数对薄壁铸件充型能力影响程度的大小依次为升压时间、结晶压力、真空度、充型压力.缩短升压时间,充型能力会大大提高;增大结晶压力,金属液在凝固阶段的补缩作用得到加强,充型能力增强;真空度越高,铸型中的反压就越小,充型能力提高;充型压力增大,充型的初始动量变大,有利于增强金属液对薄壁铸件的充填.     

Ti-Al合金精密铸件微观缩松预测

根据金属液凝固收缩理论和多孔介质中流体流动原理，建立了离心压力下Ti-Al合金精密铸件中微观缩松缺陷预测的数学模型，采用该模型对Ti-Al增压涡轮铸件进行模拟计算，并进行了实验验证。结果表明，数学模型能够合理反映离心转速，离心半径、温度梯度和冷却速度等重要因素对微观缩松的影响规律，数值模拟结果与实验结果相吻合。分析增压涡轮的计算结果表明，在涡轮轴向，温度梯度值是影响微观缩松度如何分布的主要原因；在涡轮径向，温度梯度、冷却速度和离心半径的共同作用决定着微观缩松度的变化规律。提高温度梯度，降低冷却速度，充分利用离心压力对枝晶间补缩的有效作用，有利于减少涡轮内部的微观缩松，保证叶片和涡轮的组织致密性和力学性能。     

铝合金动圈骨架低压铸造工艺数值模拟研究

动圈骨架是电动振动台的核心构件，低压铸造因金属液平稳充型、顺序凝固，适合生产存在薄壁的铸件。基于ProCAST软件对ZL302铝合金动圈骨架进行低压铸造数值模拟，设置浇注温度为690～730℃,砂型预热温度为30～100℃,保压压力为23～33 kPa。采用正交试验研究浇注温度、砂型预热温度、保压压力对铝合金动圈骨架低压铸造成形的影响。结果表明，随着浇注温度升高，金属液充型效率提高，铸件的缩孔缩松率降低；砂型预热温度升高对金属液充型效率影响较小，但延长铸件凝固时间，有利于铸件补缩；低压铸造凝固过程中提高保压压力，有利于铸件补缩，铸件内部缩孔缩松体积由0.13 cm³降至0.11 cm³。实际生产过程中，在保证砂型强度的前提下，适当增加保压压力以减少缩孔、缩松缺陷。     

砂型低压铸造铸件充型及凝固过程的研究

采用低压铸造法浇注了壁厚为10mm与25mm的ZL114A平板件,通过测定其温度场研究了低压铸造条件下铸件的充型与凝固特点。结果表明,对于25mm平板件,凝固过程中板内从升液管口至铸件远端形成了较大的温度梯度,能够实现典型的顺序凝固,压力通过升液管可始终作用于凝固补缩过程;对于10mm平板件,其凝固速度较快,铸件整体倾向于同时凝固,补缩主要通过浇注系统在局部位置进行。对于10mm与25mm平板件,40mm/s的充型速度均能实现平稳充型与顺序充填。     

基于球墨铸铁凝固原理的补缩方法

综述了球墨铸铁凝固过程中的体积变化模式,分析认为球墨铸铁是需要外部补缩的.提出球墨铸铁的补缩应充分考虑具体铸件及实际生产条件.详细阐述不同铸型条件下,不同模数的球墨铸铁件的通用冒口、控制压力冒口及全压力冒口的选择方法.重点讨论了球墨铸铁冒口补缩中的铸件模数、凝固顺序及冒口位置、补缩通道及温度梯度、孤立热节的补缩、冶金质量及孕育处理等若干关键问题.     

垂直缝隙式浇注系统凝固特性的数值模拟

基于数值模拟技术,分析了垂直缝隙式浇注系统对平板铸件凝固过程的影响,研究了冷铁、冒口与之配合使用时铸件的凝固规律。结果表明,缝隙式浇注系统对凝固过程中铸件的横向温度场影响显著,可在有限范围内实现横向的顺序凝固。但此类浇注系统对铸件纵向温度场的影响不明显,仅通过浇注系统难以调整铸件的凝固顺序。通过配合使用冷铁和冒口,可使铸件的横向和纵向均产生较大的温度梯度,可有效控制铸件的凝固过程,改善补缩效果,提高铸件致密性。     

晶体取向对单晶高温合金一次枝晶间距的影响

在固液界面微单元热量平衡分析的基础上，建立了晶体取向对一次枝晶间距影响的理论模型。该模型表明，一维择优晶体取向与宏观定向凝固方向偏离越远，一次枝晶间距越小，对ＤＤ８单晶高温合金凝固组织尺度的实验研究结果表明，晶体取向对一次枝晶间距的影响趋势和理论模型相吻合，其影响程度和固液界面温度梯度及定向凝固速率有关。模型及实验都表明，提高固液界面温度梯度和定向凝固速率，晶体取向对一次枝晶间距的影响程度减弱。     

冷却速度和纤维体积分数对复合材料力学性能的影响

采用液态浸渗后直接挤压的方法制取了Al2O3/Al基复合材料,探讨了不同纤维体积分数和冷却速度对复合材料力学性能的影响.结果表明:随着纤维体积分数增大,材料强度提高;冷却速度降低,材料强度降低;Si、Cu、Mg元素可以强化Al基复合材料.     

Tensile Properties of Polyimide Composites Incorporating Carbon Nanotubes-Grafted and Polyimide-Coated Carbon Fibers

The tensile properties and fracture behavior of polyimide composite bundles incorporating carbon nanotubes-grafted (CNT-grafted) and polyimide-coated (PI-coated) high-tensile-strength polyacrylonitrile (PAN)-based (T1000GB), and high-modulus pitch-based (K13D) carbon fibers were investigated. The CNT were grown on the surface of the carbon fibers by chemical vapor deposition. The pyromellitic dianhydride/4,4′-oxydianiline PI nanolayer coating was deposited on the surface of the carbon fiber by high-temperature vapor deposition polymerization. The results clearly demonstrate that CNT grafting and PI coating were effective for improving the Weibull modulus of T1000GB PAN-based and K13D pitch-based carbon fiber bundle composites. In addition, the average tensile strength of the PI-coated T1000GB carbon fiber bundle composites was also higher than that of the as-received carbon fiber bundle composites, while the average tensile strength of the CNT-grafted T1000GB, K13D, and the PI-coated K13D carbon fiber bundle composites was similar to that of the as-received carbon fiber bundle composites.     

液态挤压制备Al_2O_(3f)/LY12复合材料浸渗过程的数值模拟

液态挤压复合材料浸渗过程是影响基体金属凝固及纤维均匀分布的重要因素。从实际工艺的需要出发 ,建立了液态挤压成形复合材料浸渗过程的数学模型 ,并用相似性解法对其温度场进行了数值模拟 ,得到了浸渗过程温度变化规律以及浸渗压力和纤维体积分数对温度场影响的曲线。     

软接触结晶器电磁连铸中初始凝固的基础研究

通过实验和数值模拟研究了软接触结晶器电磁连铸传热凝固特点,测定了金属Ｓｎ在连铸中的温度场,初始凝固点和坯壳厚度,得到了电磁场影响它们的基本规律。在数学模型中考虑了高频电磁场对金属的传热凝固的以下影响;（１）对结晶器的感应加热;（２）对金属的加热;（３）电磁力推斥液力金属,减少金属与结晶器壁接触的影响。     

真空压力浸渗制备CF/Al复合材料热收缩与残余应力数值模拟与实验研究

针对连续碳纤维增强铝基复合材料(CF/Al复合材料),采用细观力学数值模拟与热性能试验结合的方法,研究了真空压力浸渗制备过程中的热收缩行为和热残余应力分布。结果表明,复合材料的横向热收缩应变量远大于轴向热收缩应变量,且具有横观各向同性,纤维随机分布的单胞有限元模型能够准确地预测复合材料轴向与横向热收缩行为曲线;复合材料制备完成后纤维和基体合金分别处于压应力和拉应力状态,基体和纤维的横向残余应力均小于其轴向残余应力,且均表现出横观各向同性;基体合金在轴向残余拉应力作用下会出现不同程度的损伤现象,特别是纤维间距较小部位过高的残余应力会引发界面的局部失效,从而不利于发挥复合材料承载性能,减少纤维局部偏聚是进一步改善提高复合材料力学性能的重要技术手段。     

A356-5SiCp和A356吸铸温度变化的对比分析

对体积分数为5％的SiC颗粒增强的A356复合材料和A356合金分别进行吸铸试验,测量熔体充型与凝固过程中铸件和铸型的温度,讨论了SiCp/A356复合材料与A356合金的铸件和铸型的温度变化规律.结果表明,SiCp的加入使SiCp/A356复合材料凝固前温度下降速度增大,凝固后的温度下降速度减小;同时由于潜热不同,SiCp/A356复合材料结晶温度低于A356合金.     

冷坩埚连续熔铸与定向凝固Ti6A14V合金的温度场计算

为有效利用冷坩埚，更优控制工艺参数，获得冶金质量良好的铸棒，本文对冷坩埚连续熔铸与定向凝固Ti6A14V温度场进行计算。根据电磁场的感应加热形成上下料棒、电磁压力形成驼峰的情况确定边界条件；采用抛物线逼近确定驼峰形状；对运动单元所处位置的识别实现连铸过程。对功率52kW、速度为3mm／min的条件下进行计算。结果表明，料棒在45s时开始熔化，在70s时形成驼峰，然后熔体获得一定的过热度，形成凝壳，在115s熔体达到最高温度；抽拉过程中上送料能完全熔化，温度场基本稳定，凝固界面的形状和位置基本不变，凝固界面的形状为中间平直、两端上翘，传热基本以轴向传热为主。相同条件下进行实验，实验结果与计算结果相符合，从而证明计算程序在计算冷坩埚连续熔铸与定向凝固温度场是有效的。     

ZL205A铝合金线状偏析的形成机理及判据(英文)

采用实验和数值模拟方法,对ZL205A铝合金筒形壳体铸件在低压铸造时出现的线状偏析的形成机理及预测模型进行研究。利用数值模拟技术对该铸件在凝固期间的传热进行分析,通过大量实际低压铸造获得ZL205A合金铸件中产生的线状偏析信息、铸件低压铸造过程的温度场以及线状偏析形成部位凝固参数的变化规律,提出了ZL205A合金低压铸造过程线状偏析的形成机理和判据。研究表明,ZL205A合金铸件的线状偏析是由于铸件在凝固后期,浇注系统尚能进行补缩,此时铸件局部形成热裂,高浓度的溶质在补缩压力的作用下对该热裂填充而最终在该部位形成线状偏析。根据分析得出形成机理,得到消除线状偏析的工艺控制方法。采用线状偏析判据对其它铸件的线状偏析进行模拟预测,预测结果与实际浇注结果的对比表明,该判据能够较为准确地预测ZL205A合金筒形壳体铸件的线状偏析位置。     

方坯连铸机结晶器凝固传热的模型研究

开发了方坯连铸机结晶器内非稳态凝固传热的计算软件，能够预测结晶器内的温度分布和坯壳厚度。模型考虑了凝固时横、纵向以及角部气隙的存在所造成的传热不均匀。同时，采用等效比热法处理了凝固前沿产生的结晶潜热。并以生产厂方坯为研究对象，得出了结晶器温度分布规律、凝固坯壳生成规律，分析了拉速对铸坯温度和坯壳厚度的影响。结果表明，经模型计算得出的铸坯温度和结晶器出口处坯壳厚度值与现场测定的温度和拉漏数据基本相符。