铸钢件凝固模拟中对多个缩孔的预测技术

开发了铸钢件凝固过程数值模拟虽进行识别多个熔池的技术,利用此技术可将铸钢件凝固过程中所形成多个相互孤立的熔池一一区分开。在此基础上,能够更加准确地预测由各个孤立的熔池所形成的多个缩孔的形状和位置,依此提高了铸钢件凝固过程数值模拟中对缩孔位置和形状预测的准确度。     

铸件凝固过程孤立域动态划分及缩孔缩松数值模拟

在铸钢件实际生产中，一般凝固过程同时存在着多个熔池孤立域，而各熔池孤立域的补缩行为只限于各自孤立的熔池中．利用“虚拟传热技术”，开发了一种铸件凝固过程数值模拟动态判定孤立熔池域的方法，快速而方便地实现了凝固过程存在多个可补缩域的判别．由此根据凝固过程收缩发生的区域，准确地进行缩孔缩松的预测．可有效地解决凝固过程中同时存在任意多个孤立补缩域的缩孔缩松预测，解决了凝固过程数值模拟中常出现的位置较低的侧暗冒口或铸件中可能出现的缩孔不能被正确预测的技术难题．     

铸件凝固模拟液态孤立多熔池动态判定及缩孔预测

预测缩孔缺陷产生是铸件凝固模拟的主要目的。研究铸件凝固模拟液态孤立多熔池动态判定方法及缩孔预测模型，实验证明该方法可以提高铸件模拟缩孔预测精度。     

旋回破碎机上机架厚大部位缩孔与缩松的模拟

针对大型铸钢件旋回破碎机上机架铸造生产过程中存在的缺陷问题,利用Pro CAST模拟软件中临界固相率对厚大部位的凝固过程进行模拟分析,从而判断出缩孔产生的热节区位置;同时基于Niyama判据预测了冒口补缩区域缩松缺陷的产生。在此基础上,修改原工艺设计方案,即将原设计的一个暗冒口改为两个对称分布的暗边冒口。模拟结果表明,改进后的工艺满足顺序凝固条件,消除了孤立的热节区域,Niyama判据满足不形成缩松的临界值要求,避免了缩孔缺陷的产生。模拟实验与实际生产吻合较好。     

TiAl合金精密铸件缩孔的定量预测

研究了TiAl合金叶片铸件液态熔池孤立区形成的判定方法及缩孔的预测模型，对缩孔形成过程进行了模拟显示。研究表明，利用这种方法模拟缩孔缺陷可以提高铸件模拟缩孔预测精度。     

凝固模拟技术在铸钢件上的应用

通过在东方电机厂铸钢件上应用铸造充型凝固过程数值模拟商品化软件ＦＴ－ＳＴＡＲ,一方面帮助工厂预测大型铸钢件的缩孔缩松缺陷,给工厂提供技术支持为优化铸钢件铸造工艺提供科学依据,使工厂节约开支并取得经济效益;另一方面在应用中又发现软件的一些不足之外,进行分析改进,促进了铸造充型凝固技术的持续发展。     

汽轮机阀体铸造凝固过程数值模拟及缩孔、缩松的预测

在分析了铸件凝固过程结晶潜热释放和缩孔、缩松形成条件后,应用数值模拟软件模拟了砂芯铸造汽轮机阀体的凝固过程,得到阀体铸件凝固的温度梯度分布,并预测了铸件出现缩松、缩孔缺陷的部位。在此基础上,对铸件凝固过程进行了阐述。数值模拟结果可供阀体铸造工艺设计参考。     

链轮铸造工艺设计及改进

利用ViewCast软件对链轮铸钢件的凝固过程进行了数值模拟,预测了缩孔、缩松缺陷产生的位置.分析了原因.在此基础上设计了链轮的初步铸造工艺,进行模拟,通过添加冒口、冷铁,进行工艺优化,最后获得合适的工艺方案.     

大齿轮铸钢件凝固过程的数值模拟与工艺优化

利用V-Cast软件对大齿轮圈铸钢件进行了凝固过程的数值模拟,预测了铸件的缩孔、缩松缺陷及其产生的位置,分析了其产生的原因及机理.根据模拟结果,通过添加保温胃口,内浇道采用保温材料,优化了工艺,消除了缩孔、缩松缺陷,获得了结构完整、没有缺陷的铸钢件.     

一种新的基于FDM/FEM挤压铸造收缩缺陷计算模型

根据挤压铸造的凝固特点,采用高阶导热偏微分方程有限差分计算模型(FDM格式)进行温度场数值模拟,使用动态孤立多熔池判定法确定熔池位置,采用FEM进行熔池中心位置压力计算。若熔池中心位置的压力已经降至0,封闭在硬壳内的液态金属将在没有压力作用的情况下凝固,并按照重力补缩方式进行补缩。采用孤立熔池等效液面下降法来预测收缩缺陷的形成,模拟结果与实验结果基本吻合。     

Environmental degradation of materials during wet storage of spent nuclear fuels

Wet storage is the predominant mode of storage of spent nuclear fuels. Due to legislation and other constraints, many countries do not reprocess spent fuels and have to store these for extended periods in spent fuel storage pools (SFSPs). Although the water chemistry of the pool is benign, certain factors such as stagnancy of water, crevices, and galvanic contacts between various materials of the fuel clad and the lining of the pools can result in unexpected localized corrosion. In this study, the susceptibility to localized corrosion of aluminum-1S (Al-1S), Zircaloy-2, and type 304 stainless steel (SS) has been assessed using accelerated tests with crevice bent beam (CBB) assemblies. The pool water constituents have been analyzed and electrochemical potentials (ECPs) measured in water samples drawn from different locations of the pool. The ECP has also been measured in situ, in the pools. It has been demonstrated that under conditions of crevice and galvanic contact, aluminum clad fuels from research reactors are prone to localized corrosion even in the benign environments of a SFSP. The ECP experiments indicate the importance of surface condition of the material and irradiation on degradation of various materials due to corrosion.     

Ti60合金VAR熔炼过程熔体流动与宏观偏析的数值模拟研究

真空自耗电弧熔炼 (Vacuum arc Remelting,VAR) 是生产钛合金铸锭最常用的方式之一,但由于其熔炼过程温度高且不透明,通过实验研究其熔炼过程中流体流动行为和宏观偏析存在困难。基于此,本工作以Ti60高温钛合金为例,通过数值模拟方法对VAR熔炼过程展开研究,同时探讨了熔炼电流和磁场搅拌强度对流体流动行为和宏观偏析的影响。结果表明,VAR熔炼钛合金时,熔池形状由“扁平状”逐渐向“V形”转变;凝固结束后铸锭锭底和边部Zr元素含量低,中心和冒口含量高。熔炼电流产生的洛伦兹力使熔体沿逆时针流动,且熔炼电流越大,熔体流动更剧烈;同时也导致铸锭中心和冒口处出现更为严重的宏观偏析。搅拌磁场产生的洛伦兹力作用于整个熔池,不仅促进了熔池上部熔体的流动,也有利于熔池下部熔体的流动;当无搅拌磁场和搅拌磁场较大时,都会导致Zr元素在铸锭中产生较为严重的宏观偏析。为有效控制VAR熔炼钛合金时宏观偏析缺陷的产生,应采取小熔炼电流和合适的搅拌强度。     

晶体相场法模拟晶界预熔区液相熔池的演化

预熔是指晶体在低于熔点温度时,晶界处预先出现类似液体而块体仍为晶体状的现象。采用晶体相场法研究原子密度对晶界预熔的影响。结果表明:晶界处液相熔池的早期演化主要涉及4个形态特征:固-固状态→小液滴状态→较大的液相熔池→均质熔融层。通过对比不同平均原子密度下的微观结构和能量变化,表明平均原子密度对液相池的形态特征敏感。二维与三维模拟结果表明,平均原子密度的降低能抑制刃型位错聚集区域中原子的结晶相特征,这有助于液相熔池的形成。从热力学的角度验证平均原子密度与液相熔池宽度之间的关系,在一定程度上为后续施加高温应变提供前提条件。     

激光选区熔化致密度预测模型建立与工艺验证

致密度是评价增材制造成型件性能的重要参数之一,而高致密度成型件对应的工艺参数需要大量实验研究获得。针对该问题,本文建立了基于工艺参数的熔池致密度预测模型,能够有效地预测熔合不良引起的孔隙,进而为激光选区熔化工艺参数的选择和优化提供更多的参考。模型采用有限元分析和数值计算软件获得熔池尺寸以及模拟多层多道次的熔池拼接形貌,并预测工艺参数对应的致密度。同时在熔池预测模型中引入了波动系数、偏转角度以及层间扫描转角,以此兼顾熔池尺寸波动、熔池倾斜以及层间扫描转角对熔池模拟结果的影响。最终通过HR-2不锈钢选区激光熔化实验对预测模型的可行性进行验证。结果表明,模型预测结果与成型件熔池实验结果吻合较好,致密度预测结果与实测偏差在2%以内。     

TIG焊接熔透熔池的数学模型

根据流体力学理论和变分法原理，推导出了熔透情况下ＴＩＧ焊接熔池上表面和下表面变形的方程，建立了ＴＩＧ焊接熔透熔池流场与热场的数值分析模型，采用非正交贴体曲线坐标系成功地处理了熔池表面的曲面边界，将熔透情况下熔池上下表面变形的计算，与熔池流场与热场的计算相结合，不仅较好地计算出熔池的流场与热场，同时求得了焊接熔池的上下表面变形。焊接工艺试验表明，根据该模型计算的焊缝成形与试验测试结果吻合程度良好。     

A CELLULAR AUTOMATON-APPROACH TO SIMULATION OF GRAIN STRUCTURE DEVELOPMENT IN ELECTROSLAG CASTING

1.IntroductionElectroslagcastingcanproducepartsofgoodquality,ofwhichthemechanicalpropertiesarecomparablewithorsuperiortothoseofforgedproducts.Ithasbeenmoreandmoreutilizedtomakestructuresofcriticalimportance,whichconventionallywoulddoubtlesslybemadebyforging.Understandingandcontrolofmicrostructures,especiallyshape,sizeandorientationofcrystallitesinelectroslagcastingarethereforemoreandmoreimportantforsafetyconcernintheirapplication.Experimentalstudiesofthegrainstructuresandtheirdependenceonvario…     

轧辊新材料和新工艺的研究

根据轧辊的性能要求,通过设计化学成分、改进熔炼和浇注工艺,研制成功离心轧辊新材料,显著提高轧辊的表面及内在质量。经实际生产验证,新材料和新工艺的应用,可大幅提高离心轧辊芯部强度,解决断辊难题;避免气孔、夹渣、缩孔和疏松等铸造缺陷,提高轧辊的生产率。     

Laser Beam Melting of Alumina: Effect of Absorber Additions

Ceramic laser beam melting offers new manufacturing possibilities for complex refractory structures. Poor absorptivity in near infra-red wavelengths of oxide ceramics is overcome with absorber addition to ceramic powders. Absorbers affect powder bed densities and geometrical stability of melted tracks. Optimum absorber content is defined for Al₂O₃ by minimizing powder bed porosity, maximizing melting pool geometrical stability and limiting shrinkage. Widest stability fields are obtained with addition of 0.1 wt.% C and 0.5 wt.% β-SiC. Absorption coefficient values of Beer-Lambert law follow stability trends: they increase with C additions, whereas with β-SiC, a maximum is reached for 0.5 wt.%. Powder particle ejections are also identified. Compared to metallic materials, this ejection phenomenon can no longer be neglected when establishing a three-dimensional manufacturing strategy.     

高强度灰铸铁熔炼技术发展趋势及最新研究成果

回顾了灰铸铁熔炼技术的发展历史,认为提高熔炼过程中石墨的形核能力是提高熔炼技术的重要途径。通过冲天炉与感应炉双联熔炼和感应炉增碳熔炼HT250材料的对比试验数据,说明采用感应炉增碳工艺可以有效地减轻铁液的收缩和白口倾向,减少灰铸铁的断面敏感性,改善石墨形态,提高材料性能。指出随着熔炼工艺水平的提高和铁液炉前处理技术的创新,HT300材料已产业化应用,HT350及更高牌号的灰铸铁材料也已经能够达到。     

热处理对增材制造316L不锈钢组织各向异性的影响

以选区激光熔化(SLM)制备的316L不锈钢为研究对象。首先对打印件的孔隙率、微观组织进行了表征,然后探究了热处理对组织各向异性及硬度的影响规律。结果表明,打印件的体积孔隙率和面孔隙率均较低,均在1%以下,二者之间没有明显差别;对于垂直打印方向的XY面,主要由互成67°交叉的条状微熔池组成,条状微熔池中包含柱状和胞状两种组织,前者主要位于熔池边界,长约几十微米、宽约400 nm,后者主要位于熔池中心位置,尺寸约400 nm;对于平行于打印方向的YZ面,熔池主要呈扇状,扇状熔池内部也包含柱状和胞状两种组织,但分布更加复杂,其中柱状组织贯穿多层熔池生长,XY面与YZ面在微观组织上存在着明显的各向异性。适当的热处理工艺可有效改善组织的各向异性, XY面在800 ℃×2 h热处理后基本可以实现均匀化,而YZ面在900 ℃×2 h处理后才达到均匀化。拥有微纳尺寸结构的增材制造件拥有比传统零件更高的硬度。此外,热处理可使不同方向上的硬度下降,但垂直打印方向上的硬度下降幅度更大。