影响一炉双流连续定向凝固过程稳定性因素与对策

利用自行研制的一炉双流连续定向凝固设备,以纯铝为原料,对导致连续定向凝固过程不能稳定进行的各种因素进行了较为系统的研究,给出了实验方法,并对实验中常出现的问题提出了相应的解决措施,进而得出稳态下铸锭的表面状态及凝固组织。     

Q345D板坯连铸凝固传热过程数值模拟

基于凝固传热学理论,以300 mm厚Q345D板坯连铸过程为研究对象,建立了板坯二维凝固传热数学模型。利用等效比热法对凝固潜热进行处理,分析了拉速、过热度、二冷区喷水量以及二冷区长度变化对出结晶器坯壳厚度、铸坯表面温度等凝固参数的影响。结果表明,适当提高拉速、降低过热度和增加二冷段长度,可以促进连铸坯凝固,降低板坯缺陷,提高生产效率。     

直流磁控溅射制备铝薄膜工艺参数

采用直流磁控溅射法,在硅基片上制备铝薄膜.用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)等对薄膜的表面形貌和结构进行了分析,研究了不同工艺参数对薄膜表面形貌的影响,分析了制备铝薄膜的影响因素.分析结果表明该薄膜为纯铝薄膜,并且晶粒很小.实验得到制备铝薄膜的工艺参数为:本底真空度4.0×10-4Pa、工作真空度1.7 Pa、氩气流量20 cm3/s、工作电压300 V、工作电流1 A.     

宽厚板连铸过程温度场数值模拟

根据传热学基本原理和有限单元法,利用商业软件ANSYS分析了板坯连铸凝固过程的温度场和结晶器内铸坯应力分布,计算了板坯中心与表面的温度分布、坯壳厚度、液心长度等,计算结果与现场实测值基本吻合,对深入分析板坯连铸生产过程温度及应力变化提供参考依据.     

TA1表面制备Ni/Al涂层的反应扩渗及抗氧化行为

为了提高纯钛的高温抗氧化性能,采用电弧喷涂和等离子喷涂方法在纯钛表面制备Ni/Al涂层.对试件进行900 ℃×5 h热处理后,再进行900 ℃×40 h连续氧化实验,探索其高温抗氧化行为.结果表明,经过表面改性处理的Ni/Al涂层可以显著提高纯钛的高温抗氧化性.在热处理过程中Ni/Al涂层中的Al发生熔化扩散并与Ni和Ti形成以NiAl与TiAl₃相为主的扩散层.在氧化过程中Ni/Al涂层表面形成连续且致密的α-Al₂O₃,同时表面扩散层中的富铝相可为涂层表面提供充足的Al元素,进而对纯钛基体提供有效的高温抗氧化保护作用.     

TA1表面制备Ni/Al涂层的反应扩渗及抗氧化行为

为了提高纯钛的高温抗氧化性能,采用电弧喷涂和等离子喷涂方法在纯钛表面制备Ni/Al涂层.对试件进行900℃×5 h热处理后,再进行900℃×40 h连续氧化实验,探索其高温抗氧化行为.结果表明,经过表面改性处理的Ni/Al涂层可以显著提高纯钛的高温抗氧化性.在热处理过程中Ni/Al涂层中的Al发生熔化扩散并与Ni和Ti形成以NiAl与TiAl_3相为主的扩散层.在氧化过程中Ni/Al涂层表面形成连续且致密的α-Al_2O_3,同时表面扩散层中的富铝相可为涂层表面提供充足的Al元素,进而对纯钛基体提供有效的高温抗氧化保护作用.     

SS400钢板表面纵裂纹分析及实验研究

针对SS40钢板在生产过程中产生的表面纵向裂纹现象进行研究与分析.结果表明,钢板表面纵向裂纹大部分分布在钢板宽度方向的2个1/4区域内,裂纹的长度一般在0.5~2 m,宽度均小于1 mm,深度为0.1~0.2mm.进一步分析后认为,该种表面缺陷产生于连铸结晶器内,在随后二冷区的强冷和加热炉的加热过程中,裂纹得到了进一步的扩展.     

超宽板坯包晶钢连铸初生坯壳应力的数值模拟

利用商业软件计算了超宽包晶钢连铸过程中初生坯壳所受应力.研究结果表明,由于包晶反应引起的体积收缩,包晶成分钢种的凝固坯壳表面应力显著大于非包晶钢成分钢种,在距铸坯中心约200～400 mm处应力出现极大值;随板坯宽度的增加,坯壳表面应力增大,应力极值点向坯壳中心方向移动;连铸工艺参数直接影响包晶钢表面应力大小,随过热度减小,拉速增加,结晶器冷却强度减弱,坯壳表面应力减小,铸坯表面裂纹发生概率降低.在本研究条件下,对断面为3 200 mm×150 mm的铸坯,适宜的过热度为15～25℃,拉速为1.2 m/min,结晶器宽面冷却强度为5 500 L/min.     

热型连铸工艺参数对铸锭表面质量的影响

热型连铸是一项净成型（ｎｅａｒ－ｎｅｔ－ｓｈａｐｅ）技术，它将定向凝固技术和连铸技术相结合，用于生产表现呈镜面的无限长的线材。本研究利用自制的水平热型连铸设备，制备了表面呈镜面的纯铝线材，试验了各工艺参数（震动、坩埚内液面高度、铸型表面条件、铸型出口温度、连铸速度、冷却条件）对连铸线材表面质量的影响，分析后提出了优化工艺参数的范围。     

激光重熔制备TA1表面Ni/Al复合抗高温氧化涂层

为了提高纯钛的高温抗氧化性能,采用电弧喷涂和等离子喷涂方法在纯钛表面制备Ni/Al复合涂层.利用激光重熔使得Ni层与Al层发生冶金反应,对试件进行800℃×40 h连续氧化.根据生成的金属间化合物特征研究纯钛的高温抗氧化行为.结果表明,经过表面改性处理后Ni/Al复合涂层可以显著提高纯钛的高温抗氧化性能.在激光重熔过程中Ni/Al复合涂层中的Al发生熔化扩散并与Ni形成以Ni_2Al_3相为主的扩散层.在氧化过程中Ni/Al复合涂层表面形成连续且致密的α-Al_2O_3氧化膜与大量NiAl相,表面扩散层中的富铝相可为表面提供充足的Al元素,进而对纯钛基体提供有效的高温抗氧化保护作用.     

连铸板坯中心裂纹的形成与控制

梅山炼钢厂连铸生产中频繁出现中心裂纹,严重影响了铸坯质量.根据连铸坯结晶凝固过程应变理论及梅山炼钢厂生产实践,就连铸板坯中心裂纹的形成原因和影响因素进行了探讨,并提出了有效的改进措施.     

钛合金冷坩埚定向凝固过程温度场数值模拟

基于电磁场Maxwell方程组以及带有一定运动速度的连续介质凝固模型,建立了连续熔铸与定向凝固过程温度场数值计算模型,并对线圈匝数为4匝、输入电流密度为6.6×1010A/m2、电源频率为50 000 Hz时,扁形锭的电磁感应加热升温过程进行了模拟研究,得出了Ti-6Al-4V合金的温度场变化情况.结果显示,从开始加热的几十秒时间内,扁形铸锭温度上升很快;接近100 s时,铸锭温度分布趋于稳定;接近300 s时,铸锭自身基本达到热量平衡.     

连铸结晶器内凝固过程的热-流-力数值模拟

针对板坯连铸生产中的问题,建立了热流力耦合的三维非稳态有限元模型。以尺寸为1.2 m×0.2 m的Q235B板坯为研究对象,利用Procast软件的二次开发,求解出了结晶器区域内的温度场、流场和应变分布。计算结果表明,铸坯收缩量在不同方向上存在不同的分布状态。考虑气隙产生对传热的影响时,结晶器出口铸坯表面平均温度由1 148.3℃增加到1 275.7℃,坯壳厚度由18.7 mm减少到15.4 mm。     

Al基材表面激光制备Cu/Zn熔覆层的实验研究

利用Nd：YAG激光器的聚焦光束为热源，在易氧化的纯铝表面制备了铜锌铝熔覆层，分析讨论了激光功率、激光有效热利用率的最佳耦合，对熔覆工艺、熔覆层的微观组织、激光参数进行了实验研究。实验结果表明，Nd：YAG激光辐照Al基体可制备抗氧化的铜锌铝表面合金。通过JEOLJSM-5610LV扫描电镜对Cu／Zn／Al表面合金微观组织结构的分析，表明只要选择合适的激光工艺参数，而且采用与基体熔点相近的熔覆材料(如Zn、Cu)，可获得熔覆层、过渡区裂纹与徽洞较少的高质量Cu／Zn／Al合金。     

定向凝固纯铜组织性能研究

采用高真空多功能定向凝固及悬浮熔炼设备,以不同凝固速度制备纯铜试样,并对定向凝固纯铜试样的显微组织和机械性能进行了分析研究.通过实验获得了定向凝固纯铜的组织性能.当凝固速度小于500μm/min时,定向凝固的纯铜试样横、纵截面的晶粒形貌都是等轴晶,晶粒内存在孪晶,凝固速度较小时,其孪晶组织数量较多.当凝固速度大于500μm/min时,定向凝固的纯铜试样横截面的晶粒形貌是等轴晶,而纵截面的晶粒形貌是柱状晶,晶粒内基本不存在孪晶组织.定向凝固纯铜的室温机械性能是:当凝固速度在50μm/min的条件下,试样的抗拉强度约153 MPa,较普通铸造纯铜试样的低,而屈服强度约91.8 MPa,延伸率约80.12%,都优于普通铸造纯铜试样.透射电镜分析表明,纯铜定向凝固过程中形成的孪晶B=[110].     

PSO-LM-BP神经网络在板坯表面纵裂纹诊断中的应用

板坯连铸生产过程中,表面纵裂纹是最常见的缺陷之一,其准确在线诊断对板坯热送热装来说至关重要。针对传统BP神经网络存在训练过程中收敛速度慢及易收敛于局部最小点的缺点,引入粒子群算法与LM算法优化BP神经网络,通过对板坯生产过程形成表面纵裂纹的多种因素的综合分析,建立诊断模型,最后利用采集到的历史数据样本训练及测试模型。与其他诊断模型比较表明,PSO-LM-BP神经网络建立的模型具有诊断精度高、收敛速度快等优点,对表面纵裂纹在线诊断具有较好的指导作用。     

铝铜合金热裂倾向分析研究

用ＺＸＤ合金铸造性能多功能测试仪，对含量不同的铝铜合金热裂倾向进行测试．实验结果表明：铝铜合金热裂倾向主要表现在铝铜合金凝固末期阶段；当铜含量在６％时热裂倾向最大．对铝铜合金热裂断口观察表明：其热裂呈典型的脆性断裂．分析得出在铝铜合金凝固过程中合金抵抗热裂纹形成的能力取决于试样表面已凝固壳层的强度、跨越断面枝晶的强度以及断面枝晶与其晶间液体之间的吸咐力三者的综合效应的结论．     

太阳能电池用铸造多晶硅的碳浓度分布研究

用傅里叶红外光谱仪(FTIR)测定定向凝固太阳能电池用多晶硅的轴向碳浓度分布.结果表明:实验样品的轴向碳浓度分布符合分凝规律.用经典分凝公式模拟该铸造多晶硅的轴向碳浓度分布,得到该铸造多晶硅的有效分凝系数为0.45.取硅熔点温度为定向凝固过程温度,通过BPS公式计算得到,碳在定向凝固过程中的扩散速度在4.72×10-8～4.72×10-7 cm/s的范围.     

Al基材表面激光制备Zn熔覆层的实验研究

利用波长为1．06μm，功率密度为10－20kW/cm^2的Nd:YAG激光器的聚焦光束为热源，在易氧化的纯铝表面制备了锌铝熔覆层，对熔覆工艺、熔覆层的微观组织、激光参数进行了实验研究。实验结果表明，强激光光辐照使基体材料铝表面熔覆高硬度、抗氧化的锌金属表面层是可行的。通过金相显微镜微观组织结构的分析，研究了激光工艺参数对Zn/Al熔覆层过渡区裂纹倾向的影响，只要选择合适的激光束参数，可获得理想的Zn/Al合金熔覆层。这对改进铝材表面物理、化学性能并进一步开发铝的用途具有实用价值。     

铝质纤维吸声板用铝纤维的性能分析

铝质纤维吸声板用铝纤维由于制备工艺不同,形态、结构各异,影响纤维吸声板的性能。本文针对目前国内使用的3种铝纤维,研究了其形貌、表面状态对吸声板性能的影响。结果表明,采用快速凝固技术制备的铝纤维截面为圆形,表面覆有致密的氧化膜层,具有优于切削加工法制备的刨铝丝的吸声性能和耐腐蚀性能。