液态模锻凝固过程的计算机模拟和验证

本文由差分方法给出了计算机模拟液态金属在压力下凝固的模型。该模型包括了压力、浇注温度,模具温度、开始加压时间等液态模锻工艺参数,因此可模拟实际的液态模锻工艺实验,确定最佳工艺参数,有很大的实用价值。通过压力下的金属凝固实验对计算机模拟的结果进行了印证,实际与模拟结果十分吻合。     

球状颗粒的低压渗流工艺研究

首次采用低压渗流凝固装置和球状颗粒来生产泡沫铝,用正交实验方法研究了不同的工艺参数对铝液渗流高度的影响。实验表明:颗粒预热温度的影响最显著,铝液温度和颗粒大小的影响次之,渗流压力的影响不显著。本文还讨论了这四个工艺参数的影响机理。     

快速凝固铝合金超声气体雾化工艺的研究

本文研究了超声气动雾化装置的雾化工艺参数:液态金属温度和雾化介质压力以及雾化器几何参数对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金快速凝固粉末粒度分布和外观形貌的影响。并探讨了铝合金粉末粒度大小与冷却速度的关系。 结果表明,用超声雾化装置制取的快速凝固铝合金粉末,在液态金属温度为820℃,雾化介质压力为3MPa工艺条件下,可获得90％以上的粒度为40～200μm球形粉末。其冷却速度达10~3～10~5K/S。     

分步压装装药工艺参数对装药密度及密度分布的影响

用模拟药和可退模开合弹对不同分步压装装药工艺参数进行实验,并对装药密度和轴径向密度分布进行检测,分析分步压装工艺参数变化对最终装药密度和密度分布的影响。试验结果表明:随着螺杆直径的增大,周边和平均装药密度均呈上升的趋势;装药过程中初始压力越高,越有利于提高装药密度和密度分布,当压力达到一定值后,装药密度趋于一致;螺杆距弹体底部间距越小,底部越容易压实,密度越高;螺杆每次带入的进料量越少,压制次数越多,密度均匀性越高。该研究为加快分步压装装药工艺的推广应用打下了基础。     

枝晶粗化理论的实用化研究

本文推导了最初形成的二次臂间距,并对Kattamis的等温粗化理论进行了实用化处理。在定向凝固条件下在Al-Cu合金中对二次枝晶的形成和粗化过程进行了试验研究。理论分析和处理的结果与实验结果定量吻合,作者认为它将为人们直接、简单而准确地预测铸件凝固过程中的二次臂间距提供理论依据。     

振动凝固细化晶粒的新进展

作者们首次采用受控凝固和受控振动相结合的实验装置和实验方法,在金属凝固过程中引入各种不同形式的振动,抓住凝固固液界面这一中心环节,较为系统地揭示了①纵向稳态正弦振动对固液界面凝固参数的影响;②纵向稳态正弦振动和其他各种振动波形以及横向宽频冲击振动对树枝狀晶固液界面形貌及组织性能的影响;③高能超声参振凝固对细化晶粒及改善第二相形状的影响。实验表明,为了获得最佳的细化晶粒效果,参振频率最好与凝固固液相区的特征共振频率吻合。实验还表明宽频冲击及高能超声参振凝固细化晶粒的效果显著,简单实用,预期有重要的应用前景。     

基于切削参数的齿面润滑最大油膜压力预测模型构建

为填补基于齿面加工工艺参数预测齿面润滑的最大油膜压力的空缺,以高碳铬轴承钢为实验材料,首先,通过正交实验方案进行高速切削试验,探究齿面加工切削参数对表面粗糙的影响规律;其次,通过弹流润滑数值分析计算基于高速切削加工表面粗糙度的齿面润滑最大油膜压力;最终,通过MATLAB编程构建基于正交试验法的齿面润滑最大油膜压力预测模型。结果表明:切削参数对表面粗糙度的影响程度为每齿进给量切削速度切削宽度轴向切深;最大油膜压力与表面粗糙度呈正相关,最小油膜厚度受表面粗糙度的影响较小,可以忽略;通过最大油膜压力的经验公式可以看出,最大油膜压力受切削参数的影响顺序与表面粗糙度一致。     

物性参数温度变化下激光熔覆多场耦合模拟与实验

激光熔覆存在热-弹性-塑性-流体多场耦合变化,影响对流、传热和传质,同时影响凝固过程。因熔池体积小、温度变化梯度大、具有极强的瞬时性,难以用实验方法动态跟踪并揭示多场耦合演变机理。建立了碟片激光器在45号钢基体熔覆Fe60过程三维模型,考虑了粉光作用,熔池表面张力、浮力对液态金属流动的影响,熔覆带形状的瞬时变化,以CALPHAD相图计算法得出基体和粉材的温度变化物性参数,计算得出温度场、流速场的分布与演变规律。计算结果表明：模拟预测得出的激光熔覆形态和凝固组织与通过Zeiss-ΣIGMA HD型场发射扫描电镜金相实验结果相吻合。     

定向凝固钛合金热处理工艺的神经网络优化

以6个热处理工艺参数作为输入层参数,以热处理后定向凝固钛合金的屈服强度作为输出层参数,构建6×48×1结构的定向凝固钛合金热处理工艺优化神经网络模型。结果表明,神经网络模型预测误差小于3%,具有较强的预测能力和较佳的预测精度。与试验优化工艺参数相比,采用神经网络模型优化参数热处理后,定向凝固Ti-6Al-4V-0.5Ce钛合金的抗拉强度和屈服强度分别提高178、186 MPa。     

筒形件旋压力Thamasett算法参数修正及仿真

通过对不同材料筒形件的大量旋压工艺实验,利用电测法对其旋压力进行求取,并与Thamasett算法对旋压力的计算结果进行对比,发现旋轮的径向、轴向和切向旋压力计算的偏差规律,修正了该算法的参数,使该算法的计算结果克服了由于忽略旋轮前金属堆积而造成的较大误差。以修正参数后的算法为基础,利用hypermesh和ansys建立模型进行仿真实验,其旋轮所受旋压力的仿真结果与工艺实验电测法所测得的结果基本一致。该仿真所求得的旋轮旋压力误差在8%以内,较Thamasett算法求得的旋压力最大15%以上的误差有明显改善。     

顺序凝固工艺参数对熔铸装药影响的模拟研究

顺序凝固工艺在熔铸装药中具有较大的应用需要。为探讨顺序凝固工艺参数对装药的影响,研究基于移动边界的建模方法,选用梯恩梯/黑索今(TNT/RDX,33.8/65)炸药,建立了模具入水顺序凝固过程模型,模拟研究了入水速度(0.15,0.20,0.25 mm·s^-1)、水浴温度(30,40,50℃)、模具预热温度(60,70,80℃)3个主要参数对凝固过程温度场以及缩孔缺陷的影响,并基于这3个参数设计了三因素正交试验,对模拟所得缩孔体积以及其均值和极差进行了研究,得到了最优的工艺参数：模具入水速度为0.15 mm·s^-1,水温50℃,模具预热温度60℃。模拟结果显示,入水速度对装药质量影响最大,其次是水浴温度和模具预热温度。相较于试验方案(模具入水速度为0.15 mm·s^-1,水温50℃,模具预热温度70℃),正交设计的模拟优选方案可将缩孔体积减少74%,表明了相互匹配的工艺参数是提高装药质量的有效方法。     

超声振动细化Al-Fe合金的研究

利用受控凝固和受控振动相结合的实验装置和方法,在Al-Fe合金的凝固过程中引入不同功率的超声振动,初步揭示了超声参振对Al-Fe合金熔体温场以及组织形态和抗拉性能的影响。实验表明,熔体的温场随施振功率的增加和施振时间的延长而升高,并趋于一平衡温场;超声参振可以显著细化先共晶FeAl_3相,Al-Fe合金生长的组织形态的差异主要取决于凝固速度;超声参振凝固的Al-Fe合金的热稳定性好,预计有良好的应用前景。     

铸造工艺的数值模拟优化

为了研究和预测铸造工艺对铸件质量的影响,设置合理的军用汽车转向臂的铸造浇冒口系统和工艺参数。应用铸造模拟软件对转向臂的三种不同工艺方案进行凝固模拟,根据凝固模拟结果显示的缺陷及内部缩松情况,提出改进工艺方案并对其进行凝固模拟,选择最佳方案应用于生产。研究表明,3#是最合理的浇冒口布置方式,最优的浇注温度825℃,浇注时间15 s,采用水平分型。应用表明,铸造模拟软件能够准确地预测充型凝固过程中可能产生的缺陷,从而辅助工艺人员进行工艺优化。     

振动对稀土Ce铝铜合金组织的影响

利用斜坡振动浇注工艺生产Al4.5Cu4Ce合金,研究浇注温度、冷却方式和振动电压3个参数对合金凝固组织的影响。实验表明,这些参数对合金晶体形核和晶体的生长方式产生重要影响。700℃温度斜坡振动铜模水冷浇注的Al4.5Cu4Ce合金组织为均匀、细小的近球状非枝晶组织,晶粒平均直径为38.3μm,晶粒平均圆度为2.31。     

Ti-Nb合金激光粉末沉积增材制造显微组织的相场模拟

将传统有限元传热模型和定量相场模型结合,模拟Ti-Nb合金多层激光粉末增材制造过程中金属凝固过程的温度历史及其显微组织。研究Ti-Nb合金在激光粉末沉淀过程中各层的晶粒演化,与已有试验对比验证模型的准确性。将有限元传热模型得到的不同增材层的温度历史用于定量相场模型模拟合金在局部稳态条件下的定向凝固行为,采用Fortran编写程序求解以凝固速度和温度梯度作为输入参数的相场方程。结果表明:不同增材层的热历史及凝固形态是有区别的,随着增材的层数增加,每层熔池边界的温度梯度呈非线性降低,相应的显微组织的枝晶间距随着温度梯度的降低而增大。     

生长速率对NiAl-43V(Dy)合金定向凝固组织的影响

用高温梯度定向凝固液态金属冷却技术(LMC,GL=310 K/cm)制备NiAl-43V-x Dy(质量分数x=0,0.05%)过共晶合金,研究定向凝固生长速率对两种成分合金固液界面形态和稳态区组织演变影响,同时对比研究微量Dy对NiAl-43V合金定向凝固组织的影响。结果表明:在6~150μm/s内两种合金固、液界面均为胞枝共存界面;两种合金凝固组织均由初生V相和共晶组织(片层V相+NiAl相)组成,随生长速率增大,合金凝固组织中枝晶析出增多,枝晶体积分数增大,共晶组织和枝晶得到细化。在NiAl-43V合金中加入质量分数为0.05%的Dy使Gibbs-Thompson系数减小,在相同生长速率下,微量Dy可使共晶层间距减小,溶质原子重新分配,枝晶尖端过冷度降低,枝晶体积分数减小,枝晶间溶质原子浓度增加使一次枝晶间距增大;微量Dy可抑制初生枝晶生长。     

熔铸装药凝固过程温度场变化分析

为消除熔铸装药缩孔,对凝固过程内外温度场的关联工艺进行研究.分别对普通注装、冒口漏斗注装和热芯棒注装3种工艺熔铸装药凝固过程进行实验及结果分析,通过检测壳体外部温度预判壳体内部温度变化,实现壳体内部装药质量预判,得出影响熔铸装药凝固过程的温度变化规律.结果表明:装药凝固过程壳体内部温降随时间增加而降低,装药外部温度随内部中心温度降低而降低,且均呈直线变化.     

单点增量成形件残余应力对精度的影响

为研究单点增量成形件残余应力分布情况以及不同工艺参数对残余应力和轴向精度的影响,对成形材料1050铝进行性能分析。用ABAQUS有限元软件建立单点增量成形圆锥台件三维实体有限元模型,根据模拟结果分析工具头直径D、层间距ΔZ、主轴转速W和进给速度F对残余应力分布规律的影响,进而分析对轴向精度的影响,并通过实验验证仿真结果的有效性。研究表明:在较小的工具头直径和层间距、合适的主轴转速和较高的进给速度的条件下,可以获得较好的残余应力分布状态和较高的成形件轴向精度。     

等离子旋转电极雾化熔滴凝固过程的数值计算

在Newton冷却模型的基础上,用数值求解方法计算了FGH95高温合金在等离子旋转电极雾化(PREP)过程中雾化熔滴的温度、固相分数、冷却速率等凝固参量随工艺参数的变化规律。结果表明:合金过热度对凝固参量的影响主要在全液态阶段,电极棒转速大小对熔滴凝固过程有一定影响,而雾化熔滴的冷却速率及固相分数等对氩氦气体的混合比例极为敏感。     

爆炸参数对钛/钢复合板爆炸焊接质量影响的数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA软件对TA1/Q345复合板爆炸焊接过程进行数值模拟,研究炸药的不同起爆方式和爆炸工艺参数(炸药厚度、间距)对爆炸焊接质量的影响。结果表明:炸药在中心引爆方式下比边界引爆方式下能量利用率高,实际生产中采用中心起爆较为合理;在复板和炸药厚度一定的条件下,复板和基板间距≤1.1 cm时复合板的结合良好;在复板与基板间距和复板厚度一定的条件下,炸药厚度≥3.5 cm时复合板的结合良好;参数优化与调整后当复板厚度为0.55 cm、炸药厚度为3.5 cm、基复板间距为1.1 cm时的爆炸复合质量较好。