高温合金电子束焊接温度场数值模拟

根据熔池边界准则应用有限元方法对高温合金电子束焊接温度场进行了数值模拟.通过线性插值、等效代换等方式估计材料高温参数,模拟材料状态变化.针对电子束焊接特有的钉头状焊缝及其穿透深度大的特点,采用高斯面热源与柱体热源组成的组合热源模型,对焊接温度场进行分析,模拟结果与实际焊缝取得了良好的一致.获得了一定工艺条件下高温合金电子束焊接温度场的分布特征及焊接过程热循环曲线,为优化电子束焊接工艺和电子束焊接残余应力研究提供了参考.     

电子束冷床熔炼TC4合金温度场模拟

利用ANSYS软件对电子束冷床熔炼TC4钛合金过程进行模拟研究.结果表明:熔体从冷床滴入坩埚之后,主要出现熔体升温、形成稳定熔池、熔体凝固、熔体温度下降和凝固结束这5个阶段.在开始熔炼时,熔体温度较低,升温也比较慢,但随着熔炼的进行,熔体升温加快,并维持在高温状态,最后熔体发生凝固降温,且降温速度很快.降温过程主要分为两个阶段,在快速降温阶段,熔体快速出现部分凝固,而在降温平衡阶段,熔体主要进行补缩.当降温时间达到500 s时,熔体温度基本保持不变.     

7075铝合金电子束焊接温度场数值模拟

针对航空航天业中应用较广的7075铝合金,采用ANSYS有限元软件,按照划分单元、逐次计算并逼近真实值的近似计算方法,对该合金电子束焊接的热过程进行了计算机数值模拟的可行性研究.结果表明,7075铝合金电子束焊接过程中焊接热输入较大,焊缝较窄,熔深大.通过验证,用有限元数值模拟方法得到的焊接及热处理温度场分布规律与实测温度值基本一致.     

国内外电子束钎焊及其数值模拟研究动态

综述了国内外电子束钎焊的研究概况,以及电子束钎焊温度场及应力场数值模拟的研究发展动态。简述了电子束钎焊的应用及国内外研究者在电子束钎焊热过程研究中已取得的部分成果,指出数值模拟技术在电子束钎焊热作用过程研究中的重要作用。但是,由于数值模拟研究方法使用中对问题的抽象与简化,使得对实际复杂焊接结构的计算精度还有待提高。特别是鉴于电子束钎焊过程的快速高效局部热作用,开展其应力场以及结构应力缓和控制方面的深入研究就显得尤为重要。     

电子束选区熔化热行为数值模拟的研究现状

电子束选区熔化成型件经历了复杂热历史,从而产生多尺度微观结构,热历史数据对于分析微观组织形成有重大作用。复杂的微熔池冶金行为导致温度-时间-空间数据难以通过实验手段获得,数值模拟技术作为一种新的技术手段,为解决该问题提供了新思路。本文从温度场数学理论基础、仿真流程、热-力耦合模拟、熔池热力学模拟、及热缺陷机制几个方面综述了电子束选区熔化热行为数值模拟的研究现状,对电子束选区熔化热行为数值模拟存在的挑战和未来前景展开了论述。     

冶金级硅真空感应熔炼过程温度场的数值模拟

用有限元法建立了电磁场与温度场耦合的数学模型,利用Multi-physics Comsol3.5a软件对冶金级硅的真空感应熔炼过程的温度场进行了二维数值模拟。计算结果表明,熔炼过程中熔池中存在不均匀的温度场,温度梯度随时间和空间位置发生变化,在保温段温度梯度最大值为400 K。正是由于硅的感应产生热量小于石墨坩埚感应产生的热量以及存在集肤效应的原因,感应炉内的硅料首先从坩埚中部靠近内壁处开始熔化,逐渐向坩埚中心和两端熔化,最后熔化的是坩埚中心顶部和底部的物料。     

电子束冷床熔炼Ti-Al-V合金过程中Al元素的挥发损失

采用电子束冷床熔炼Ti-Al-V合金扁锭,对扁锭化学成分和熔炼工艺进行对比分析.结果 表明,熔炼速度显著影响铸锭长度方向成分的稳定性,铸锭长度方向Al含量随熔炼速度的增加而升高,反之亦然;电子束冷床熔炼铸锭横向截面成分较均匀,未出现Al元素的偏析现象.通过对电子束冷床熔炼3个阶段熔体流动特征分析表明,冷床和结晶器内熔体...     

AZ61镁合金真空电子束焊接温度场数值模拟

对板厚10 mm AZ61镁合金板材进行了真空电子束焊接数值模拟研究.利用有限元模型以及三维移动双椭球热源模型,采用数值模拟的方法研究了电子束流与焊接过程温度场及焊缝熔深之间的关系.结果表明,建立的模型能够获得电子束深熔型焊接的效果,模拟焊缝成形及焊缝区、热影响区温度场分布与试验焊缝成形及实际电子束焊接特点较为一致,这也证明了该模型在AZ61镁合金电子束平板对焊有限元模拟中有较好的适用性.     

电子束冷床熔炼TC4合金元素挥发机制研究

建立了TC4合金电子束冷床熔炼过程熔体中各元素饱和蒸气压的数学计算模型,利用该模型计算了TC4合金熔体中各元素的饱和蒸气压及其挥发速率,与实验结果基本一致。计算结果表明,在相同温度下,Al元素的饱和蒸气压最大,是其它两种元素的几百倍,挥发损失也最为严重。随着熔体温度的增加,挥发趋势也增大。V元素的挥发很少,可以忽略。此外,电子束冷床熔炼去除杂质效果显著,熔炼出的铸锭成分符合国家标准。     

铝熔炼过程合金熔体温度场的数值模拟

根据物料平衡方程、能量守恒方程、动量方程建立熔炼炉内熔炼过程中熔体温度的数学模型;以能量平衡测试中得到的数据为边界条件,通过重油燃烧过程的概率密度函数(PDF)仿真提供相关信息,运用Fluent6.3流体力学软件,对熔炼过程铝合金熔体温度场进行数值模拟,模拟结果与实际情况相符.     

纯镁在强流脉冲电子束轰击下的表面熔化和汽化行为

采用熔化和汽化两种模式对纯镁表面进行了脉冲电子束轰击处理，并在实验和理论基础上用数值方法模拟了温度场、熔化过程及汽化过程的演化。结果表明，在熔化模式下，次表层先熔化和准静态压应力共同作用导致次表层液滴喷发，形成典型的火山口形貌，并产生强的瞬间冲击热应力；在汽化模式下，沸腾在表层一定范围内同时进行，使得表面起伏不平，并产生大量小液滴，在电子束流中，这些小液滴被充上负电，并在电场力的作用下重新返回表面，从而解释了汽化后的特殊表面形貌。汽化量的计算值与实测值也符合较好。     

电子束选区熔化成形Nb521合金微观组织与性能分析

采用电子束选区熔化技术制备Nb521合金,研究其致密化成形工艺。通过对成形试样的组织、物相、显微硬度、室温拉伸性能的检测与分析,探讨了电子束选区熔化成形Nb521合金的机理。结果表明,电子束选区熔化成形过程中,电子束熔化电流及速度的合理匹配,是得到表面质量及内部质量优异的成形样品的基础;电子束能量密度为340 J/mm3时,样品的密度达到8.78~8.79 g/cm3;Nb521合金显微组织沿沉积方向呈柱状晶,晶粒沿（200）晶面有较强的择优生长取向;成形样品中除Nb基体相外,还存在少量的Nb2C与ZrC碳化物析出;样品室温抗拉强度达到384 MPa,屈服强度为307 MPa,断后延伸率为16.5%;显微硬度处于1 500~1 700 MPa之间,无各向异性。     

Inconel 718合金电子束熔覆稀释率的数值仿真与实验

基于Ansys软件仿真电子束熔覆过程中的温度场分布规律,估测熔覆层截面熔化深度、熔化宽度值,进而通过仿真估测熔覆层稀释率值的大小,随后进行电子束熔覆实验并计算稀释率的实际值,对比模拟值与实际值的情况,确认通过仿真可得出电子束熔覆的稀释率值。测试熔覆后试样的显微硬度和典型试样的耐磨性能,结果表明稀释率值小的试样,熔覆层的质量更优异。     

感应透热有限元模拟分析

采用有限元分析法和ANSYS软件，引入复矢量磁位，推导了感应加热有限元模拟的数学模型。讨论了感应加热有限元分析中温度场与电磁场耦合、工件材料物理参数温度依赖性等关键技术问题的处理方法。分析了圆柱工件的感应透热过程，得到了坯料内的温度分布状况以及温度随时问的变化规律。结果表明，数值模拟结果与工程实际应用工况基本一致。     

Ti2AlNb合金电子束熔透焊的数值模拟

采用热-弹-塑性有限元计算模拟了Ti2AlNb合金电子束焊的温度场和应力场。为了准确反映熔透型电子束焊接的特点,对旋转高斯曲面体热源模型进行了改进。研究结果表明:采用改进的热源模型能准确地模拟穿透型电子束焊焊缝横截面轮廓;残余应力的模拟结果与实验结果吻合较好,证明了有限元模型的正确性;Ti2AlNb合金电子束焊后残余应力以纵向拉应力为主,且集中分布在距焊缝中心线3 mm的区域内;横向残余应力在表面附近区域呈压应力,内部呈拉应力,表面横向压应力是由焊缝纵向和厚度方向的收缩导致的;焊缝内部出现三向拉应力的状态。     

Al-Si-Pb合金强流脉冲电子束表面改性过程的数值模拟分析

在强流脉冲电子束改性实验基础上，通过数值计算方法对Al-Si-Pb合金的温度场和应力场进行模拟，给出了最先熔化的位置、形成熔坑的最大深度、熔化区的最大深度以及准静态热应力的分布。通过合金的数值模拟结果和实验结果对比，揭示了表面熔坑的形成机制和剖面硬度分布特征。     

电子束选区熔化成形高强钽的组织与性能

采用粉末床电子束选区熔化技术制备了高密度（99.93%）且无明显缺陷的块状钽样品,并对其微观结构、力学性能进行了研究。结果表明,沉积态的钽金属具有平行于生长方向的柱状晶结构。由于成形过程中的高冷却速率,在块状样品中观察到（001）织构和大量的小角度晶界。由于间隙元素氧和氮的固溶强化,电子束选区熔化成形的钽试样表现出了优异的室温屈服强度（613.55±2.57 MPa）和延伸率（30.55%±4.23%）。     

电子束熔炼提纯钨中杂质脱除静态动力学研究

研究了电子束熔炼提纯钨过程中典型杂质的脱除,考察了电子束熔炼提纯钨的可行性,对电子束熔炼过程中的除杂动力学进行了分析,并确定了110、130、250 kW功率条件下杂质Fe、Si、Ti的脱除速率控制机制。结果表明:除Mo外,电子束熔炼对基体钨中各种杂质均有不同程度的脱除,其脱除率与饱和蒸气压差存在对应关系;通过分析并结合电子束熔炼实验,确定了Si、Fe、Ti在110 kW时的传质系数分别为0.21、0.56、0.11×10-4 m/s,在130 kW时的传质系数分别为0.83、3.04、1.78×10-4 m/s,在250 kW时的传质系数分别为0.36、2.37、1.48×10-4 m/s,表明其脱除速率控制机制均为液/气界面中的扩散。     

DD32单晶组织对电子束浮区熔炼技术定向凝固的响应

采用电子束浮区熔炼技术对快速凝固法(HRS)制备的DD32单晶进行了重熔定向凝固处理，对在不同扫描速率下处理的DD32单晶重熔定向凝固组织进行了深入观察分析。结果表明，固液界面温度梯度是电子束扫描速率的函数，当电子束扫描速率为0．2mm／min时，固液界面的温度梯度≥1000K／cm。DD32合金较高的溶质含量及相对较高的扫描速率导致成分过冷而使单晶难于形成。当电子束扫描速率大于一定数值时，重熔后的定向凝固组织内可以观察到细晶和粗晶两种柱状晶区；熔区形态的变化和强烈对流是造成此时温度场和溶质场分布不均匀的最主要原因。