双频电磁约束成形过程的温度场研究

以耐热不锈钢为实验材料，利用自制的真空电磁约束成形定向凝固实验设备，测试并分析了双频电磁成形过程中样件的温度场及其影响因素，结果表明：合理的预热感应圈结构使送入固态料棒的温度分布合理；在预热感应圈不影响成形感应圈的磁场分布的情况下，预热感应圈能调整熔体的温度分布，提高熔体的过热度；屏蔽罩能够调节成形感应圈内熔体的温度分布，使熔体的下固／液界面上移，使成形感应圈内的熔体处于理想状态，侧表面垂直，位于电磁压力最大作用范围内；在其他条件一定时，抽拉速度争电源功率必须良好匹配，才能实现使金属熔化争凝固的动态平衡。     

Al0.7CoCrFeNiCu0.5高熵合金的定向凝固组织演变规律

为探究Al0.7CoCrFeNiCu0.5高熵合金定向组织在不同抽拉速度下的微观组织演化规律,文中实验设置抽拉速度(v=1μm·s-1、2μm·s-1、3μm·s-1、10μm·s-1),采用真空电弧熔炼炉和高温度梯度定向凝固炉(温度梯度20K·mm-1)制备试样。利用扫描电镜及能谱仪表征定向组织固液界面以及宏微观组织演变。研究结果表明:试棒沿生长方向可以分为淬火区、固相区及固态相变区。随着抽拉速度增大,固液界面形貌演变过程为:平界面→胞状→树枝状,胞枝转变临界点约为2μm·s-1。凝固组织与抽拉速度及界面形态密切相关,抽拉速度增大,微观组织定向特征增强。固液界面为树枝状时,Cu原子被排斥到枝晶间形成富Cu相。     

电磁约束成形定向凝固过程的非线性温度场分析

综合考虑试样的抽拉运动,试样内部固液两相共存且物性有差异,以及表面的幅射换热等因素,针对圆棒试样,建立了电磁约束成形定向凝固过程中试样内部非线性温度场的有限元分析模型,并计算出给定实验工艺条件下试样内固液界面的位置、液柱高度以及试样内部温度分布。计算结果和实验结果吻合,证明了本所建模型和算法正确可靠,可用于电磁约束成形定向凝固工艺的参数设计,指导实验和生产。     

Ti6Al4V的激光选区熔化单道成形数值模拟与实验验证

对于Ti6Al4V材料的激光选区熔化（SLM）成形工艺,基于离散元方法（DEM）建立粉末颗粒随机分布的三维介观模型.采用流体体积法（VOF）对SLM成形过程的三维自由表面进行动态追踪;考虑TC4颗粒随机分布的粉床、随温度呈非线性变化的热物性参数、熔池自由液面演化、由温度梯度引起的表面张力以及蒸发作用;通过数值模拟研究激光与粉末颗粒相互作用过程中的传热、熔化、流动、凝固等过程. 结果表明,由温度梯度及表面张力梯度产生的马兰戈尼对流是影响熔池内部传热传质和熔池三维形貌的主要因素;线能量密度（LED）与马兰戈尼对流的强度呈正相关,当LED=92.9~183.0 J/m时,单道表面质量较优. 通过单道成形实验对熔池与熔道的三维尺寸与形貌进行观察分析,有效验证了数值模拟的正确性.     

Q235小方坯连铸过程中凝固特性的研究

分析了Q235凝固时的结晶特性,柱状晶容易生长.数值计算了小方坯连铸机在2.6 m/min拉速、不同二冷配水下铸坯的温度场和凝固前沿温度梯度.在弱水冷却时,铸坯坯壳凝固前沿温度梯度比较小,得到细小的柱状晶和少量等轴晶.连铸坯中间裂纹主要与二冷水相关,合适的二冷配水可降低或消除中间裂纹.     

电场对电磁冷坩埚定向凝固磁场与温度场研究

脉冲电流作用定向凝固不仅能影响晶体的生长,还可调控凝固组织,从而影响合金的性能。为进一步研究其作用机理,采用ANSYS有限元软件模拟脉冲电流作用下合金熔体的电磁场分布以及对TiAl基合金连续凝固温度场的影响。结果表明：脉冲电流作用下的合金熔体表层磁感应强度最大,径向随着与表层距离的增大,磁感应强度下降。随着脉冲电流强度的增大,由于脉冲电流产生的集肤效应与焦耳热效应,使温度场与电磁场整体提高,轴向感应线圈中部温度最高,径向合金熔体与表层温差值逐渐减小、温度分布更均匀,侧向散热减弱,定向凝固趋势提升。     

基于CAE技术铝合金支架压铸工艺优化

基于CAE技术研究了铝合金汽车支架压铸件的凝固过程,对可能出现的铸造缺陷进行预测,获得了零件成型过程的温度场分布和凝固时间与温度的关系。在有无水冷的两套方案中选择不同部位节点,研究不同节点凝固过程中的温度变化规律。结果表明：没有增设水冷的方案中,铸件凝固顺序混乱,温度梯度分布不合理,铸件成形过程容易产生铸造缺陷;增设水冷设置的方案中,铸件各节点冷却速度得到提高,同时保持良好的凝固顺序,铸造缺陷显著下降。     

金属熔滴与基板碰撞变形的数值模拟

为了保证熔滴沉积增材制造工艺中熔滴间的良好结合及成型精度,对熔滴与基板碰撞后的变形及凝固过程进行数值模拟研究.采用两相流模型,结合自由表面跟踪算法和凝固界面跟踪算法,建立了熔滴变形及凝固的耦合计算模型并求解.分析计算结果表明熔滴温度场变化与形态变形过程相吻合;熔滴与基板的接触部分瞬时就发生了凝固,因此凝固层半径和熔滴外...     

浸入式水口电磁搅拌对钢液传热凝固的影响

在圆坯连铸浸入式水口上施加电磁力,对水口内钢水产生电磁搅拌作用,对水口出流成螺旋状态的液体的传热凝固过程进行数值模拟,结果表明：旋流出流使得铸坯内温度场明显均匀化,加快钢液热量的释放,气隙厚度减小。温度的均匀化,使得固液相温度梯度减小,改善凝固组织、提高铸坯质量。     

拉速对H型坯连铸结晶器内钢液传递特性的影响

以H型坯连铸结晶器为研究对象,采用FLUENT软件建立三维几何模型,模拟研究了拉速对结晶器内钢液传递特性的影响.结果表明,不同拉速条件下H型坯结晶器内钢液流态相似,但流场的主要特征参数有所不同.随着拉速的增大,结晶器内钢液射流冲击深度增大,结晶器自由液面流速增大,结晶器液面波动有增大趋势,钢水对凝固坯壳的冲刷有增大趋势.而各粒径夹杂物上浮去除率随拉速的增大而降低,该模拟条件下,20～100 μm夹杂物去除率在4～17％之间.     

CFD模拟表面张力对垂直燃烧测试中热塑性聚合物小尺寸滴落行为的影响

熔体滴落是热塑性聚合物的火灾特性之一,燃烧熔滴会引发二次灾害并扩大火势。采用流体体积(VOF)法耦合焓-孔隙度法处理多相流和相变,模拟了垂直燃烧测试中聚合物的熔融相变过程和小尺寸滴落行为。模拟结果表明:相变过程中样条表层存在较大温度梯度,熔体运动会改变下端样条的厚度并影响聚合物表层温度分布,熔滴掉落时熔体相体积分数的增长速率达到峰值。当表面张力较小时会因气流曳力而出现飘浮熔滴,垂直燃烧测试条件下飘浮熔滴的临界直径为0.64mm。掉落熔滴的半径和滴落时间均为表面张力的幂函数,掉落熔滴的质量或尺寸受表面张力控制,无量纲熔滴体积与Bond数倒数呈线性关系。模拟结果与理论分析基本吻合。     

等离子熔射成形熔滴薄片沉积的模拟研究

采用等离子熔射成形技术制造的模具和零件,其涂层的性能受残余热应力的影响极大。为此建立了一个二维有限元模型,用于研究单个不锈钢熔滴薄片在碳钢基体上沉积时的温度场及残余热应力。结果显示,尽管在初始的凝固阶段薄片边缘的温度高于薄片中心的温度,但随后这两个位置的温度差却发生逆转。最大残余应力位于薄片与基体界面的边缘,且其大小随基体温度升高而减小,最小残余热应力则位于薄片上表面的边缘。残余热应力在薄片中表现为拉应力,而在基体中则表现为压应力。本研究可为在微观水平上理解等离子熔射成形的温度场和残余热应力分布提供基础。     

铝合金熔体氢含量计算模型建立及其可信性评价

为了更加深入的了解铝合金凝固特性,经理论分析后,建立了铝液中氢扩散过程的数学模型,对铝合金熔体吸/释氢过程进行了动力学推导.对不同的熔体温度、保温时间以及熔体初始氢含量等工艺参数条件下铝熔体的表面吸氢情况进行了计算,并利用铝合金熔体氢分压动态测氢装置,对实际扩散过程做了测试,给出了诸多因素作用下的熔体氢含量变化曲线.计...     

多辊下压式柔性拉形工艺及其数值模拟

研究了一种新型的柔性拉形工艺--多辊下压式柔性拉形(MRPFSF).采用动态显式有限元软件,对2024-O铝合金板材使用传统拉形工艺和MRPFSF工艺时成形球面件的过程进行了仿真,对比分析拉形过程中板材的应力、应变和板材厚度变化.仿真结果表明,与传统拉形工艺相比,使用MRPFSF工艺时得到的拉形件应力应变分布均匀,成形...     

等离子喷涂熔滴沉积凝固后的残余应力分析

应用ANSYS软件中的热分析功能,对热喷涂过程中熔滴在基体表面沉积凝固后的残余应力进行有限元分析,此结果为等离子熔积成形技术的应用提供了理论支持,也为热障涂层界面的优化提供了指导依据。     

激光熔覆纳米Al2O3的粉末冶金件的表面组织

运用纳米Al2O3作为粉末冶金件的表面改性材料,通过激光熔覆试验对粉末冶金件进行了表面改性。分析了激光熔覆的凝固过程,运用金相显微镜和扫描电镜对粉末冶金材料的表面改性层组织进行了观察,并对改性层不同组织的形成因素进行了研究。结果表明:熔覆后材料组织分为熔覆层区、界面结合区、基体区。从熔覆层到基体密度呈现由密向疏变化。激光熔覆组织主要受涂层成分及含量、工艺参数、形状控制因子G/υ(温度梯度/凝固速度)的影响,而形状控制因子又决定于工艺参数。当光带矩形光斑尺寸为15mm×2mm时,最佳功率为2.5kW,最佳扫描速度为90mm/min。     

不同铸轧条件下铸轧区温度场分析

依据建立的铝双辊铸轧区熔体流动凝固传热模型对铸轧区的温度场进行了数值模拟,研究了不同的铸轧工艺参数包括铸轧速度、带坯厚度、铸轧辊直径、内冷强度、铸轧区长度的变化对铸轧区温度场的影响规律,结果表明:铸轧速度增加,铸造区长度增加,带坯的出口温度增大;内冷强度的增加,铸造区长度变短,带坯的出口温度减小,这种影响随着内冷强度的增加而逐渐减弱.从而为优化铸轧工艺参数提供依据.     

脉冲熔化极氩弧焊熔池自由表面波动行为的数值模拟

研究了熔滴过渡频率为50Hz的脉冲熔化极氩弧焊接(GMAW-P)过程中熔滴冲击在熔池自由表面上引起的动态波动行为。利用波动理论建立了熔滴冲击在熔池自由表面上形成的波动的瞬态数值模型,推导出了控制方程并给出了初始条件和边界条件,编制程序进行了数值计算,得到了熔池自由表面的位移和速度的动态变化,以及波动的平均传播速度。研究结果表明,熔池波动的最大波幅为2.3mm,能够引起电弧对熔池热输入的极大改变。波动的持续周期为0.008s,连续的2次熔滴冲击在熔池自由表面上引起的波动不会导致波的干涉和谐振。波的平均传播速度为1.20m.s-1,波动能够促进熔池前部的熔化,而对尾部的焊道波纹成形无影响。实验结果与模拟结果的对比表明,熔池自由表面形成波动的持续周期和最大波幅与实测值吻合良好,而波的传播速度有少许差别。     

熔体过热处理作用机制的新认识

从液-液结构转变的角度探讨了熔体过热处理对CuSn18.7(at.%)和BiPb20.1(at.%)合金凝固组织和凝固行为的作用机制.实验表明:在升温过程中,合金熔体的某些物理性能(例如内耗,电阻率,热电势和热)在特定的温度区间都发生了异常的变化,而在降温过程中没有异常变化,揭示了熔体中在这些温度区间内发生了不连续的液-液结构转变.随后的凝固实验表明结构转变对合金的凝固有着很大的影响,例如形核过冷度显著增大,CuSn18.7合金的凝固组织明显细化,而BiPb20.1合金的初生相形态由鱼骨状树枝晶变成无序的等轴晶.分析认为熔体结构转变使得熔体结构趋于均匀和无序,在凝固中抑制了初生相的形核,进而细化凝固组织.而BiPb20.1合金组织形态的变化则是由熔体结构转变改变了界面溶质分配系数导致的.     

双辊铸轧超高强铝合金有限元数值模拟

采用有限元法对双辊铸轧7075和7050铝合金的工艺过程进行了数值模拟,研究了合金成分和铸轧速度对铸轧熔池内温度场、流场和凝固场的影响规律。结果表明,在同一铸轧速度条件下,随着合金的等效比热增大,合金在铸轧熔池内的温度梯度随之减小,凝固速率减慢;对于同一种合金,随着铸轧速度增加,合金的速度梯度随之增大,熔池内所形成漩涡的位置下降。模拟结果为下一步的铸轧实验提供了理论依据