电渣重熔过程渣池流场数值模拟

采用商业软件ANSYS和FLUENT建立了电渣重熔过程渣池流场数学模型,分析了电渣重熔过程电磁力和热浮力共同作用下渣池流动行为,以及典型电渣重熔工艺参数（电极形貌、插入深度、填充比和电流强度）对电渣重熔过程渣池内流场的影响规律．结果表明：电磁力有利于渣池内产生逆时针涡流,浮力有利于渣池产生顺时针涡流．电极端部形貌对渣池流动影响较大,当电渣重熔电流均为5000A,频率为50Hz时,平头电极所在渣池内同时存在逆时针涡流和顺时针涡流,锥形电极所在渣池内只存在逆时针涡流．电极填充比和电流都对渣池内流动行为影响较大,减小电极填充比和增大电流强度都会使渣池内逆时针涡流增加．     

等轴晶移动条件下铸锭凝固宏观偏析的数值计算方法

本文建立并推导了等轴晶移动条件下合金铸锭凝固的溶质传输守恒方程,并进一步推导了固相移动条件下铸锭凝固宏观偏析的数值计算方法。     

电渣重熔35CrMo空心钢锭的内部质量研究

采用电渣重熔方法生产的空心钢锭由于其独特的结构和凝固特性,具有普通钢锭无可比拟的优越性.本文以电渣重熔35CrMo材质的空心锭为研究对象,利用金相显微镜(OM)和Image-Pro Plus 6.0详细地研究了电渣重熔空心钢锭的凝固组织、夹杂物形貌等.通过与电极的对比,研究了电渣重熔工艺的优越性.结果表明:电渣重熔空心钢锭具有元素分布均匀、组织致密、夹杂物去除能力强等特点.     

异型坯连铸结晶器内流动与凝固耦合数值模拟研究

针对马钢异型坯结晶器内的传输现象,建立了相应的数学模型.利用有限元软件ANSYS研究了异型坯结晶器内钢水流动规律,并耦合计算了钢水的凝固过程,其中凝固潜热的处理采用了等效比热法.计算结果和现场规律吻合,为现场工艺优化提供很好的参考作用.     

轻压下技术——提升铸坯质量的利器（二）

由于钢中的溶质元素在固相中的溶解度与扩散系数比在液相中要小得多,在钢水凝固过程中,溶质元素与基体元素自发发生成分分离现象从而导致成分偏析．凝固过程中,在固一液界面富集的溶质原子将由于双扩散对流发生宏观迁移并向最后凝固的地方聚集,并形成宏观偏析．而在连铸凝固过程中,凝固后期液相穴的相变体积收缩,尤其是由于坯壳鼓肚造成的内部负压差将加剧这种流动和溶质富集,     

一种合金枝晶凝固微观溶质再分布统一模型

简要概述了合金枝晶凝固微观偏析解析模型化研究进展。基于对具有任意枝晶形貌及任意固相反扩散(SBD)效应的合金凝固过程中微观/宏观溶质传输行为模型化,提出了微观溶质再分布新模型,并进行了不同凝固速率、不同枝晶形貌及SBD效应的Al-4.5％Cu合金与Fe-0.5％C基碳素钢枝晶凝固的模型对比计算。研究表明,所建模型具有包含多种影响因素与统一性的特点,以及模型计算的可行性与有效性。     

纤维增强金属基复合材料中凝固溶质偏析的数值计算方法

根据合金凝固过程中的守恒定律和传输原理,建立了纤维增强金属基复合材料在凝固过程中溶质传递的数学模型,并建立和推导了复合材料中凝固溶质偏析的数值计算方法。     

硬铝合金半连续铸造过程数值模拟及裂纹倾向性研究

对凝固过程中流场、应力场、温度场及微观组织形态进行数值模拟,能帮助工艺设计人员分析不同时刻凝固过程的温度分布、金属流态、结晶晶粒尺寸、应力分布等重要物理参数,从而预测疏松、偏析、夹杂及热裂纹等缺陷.在结晶器下方设置区域冷却装置,控制区域冷却装置刮水板的作用位置,能够阻挡冷却水沿铸锭下流,实现区域冷却的效果.通过研究温度场、应力场分布规律,分析铸锭裂纹产生的原理,能够从宏观上阐明铸锭内部裂纹的形成原因及寻找有效的调节控制方法.     

Al_2O_3／Al－4Wt％Cu复合材料凝固时溶质传输及其对界面的影响

根据金属凝固过程中的守恒定律和传输原理，建立了Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ－Ｃｕ复合材料凝固对溶质传输的数学模型．利用所建立的模型，对Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ－４Ｗｔ％Ｃｕ复合材料凝固过程中的温度和成分分布以及凝固进程进行了数值模拟．研究了复合材料凝固时的溶质传输以及对纤维／基体界面的影响，讨论了溶质在界面富集的原因．     

一种合金枝晶凝固微观溶质再分布统一模型

简要概述了合金枝晶凝固微观偏析解析模型化研究进展。基于对具有任意枝晶形貌及任意固相反扩散(SBD)效应的合金凝固过程中微观／宏观溶质传输行为模型化，提出了微观溶质再分布新模型，并进行了不同凝固速率、不同枝晶形貌及SBD效应的Ae-4．5％Cu合金与Fe-0．5％C基碳素钢枝晶凝固的模型对比计算。研究表明，所建模型具有包含多种影响因素与统一性的特点，以及模型计算的可行性与有效性。     

电渣熔铸过程中渣池热电场耦合模拟研究

电渣熔铸过程中的渣池是一个集热场、电磁场、流场等于一体的复杂体系．各种场之间是相互影响的．且整个体系的边界条件非常复杂、本文通过将渣池内的对流传热转化为传导传热问题．在此前提下,对渣池的热电场传输现象进行了分析．同时对自耗电极、渣壳、结晶器、渣金界面等渣池热电传输边界条件作了合理的处理．使用大型有限元分析软件ANSYS对渣池的热电场进行了研究．模拟获得了渣池的电场和温度场分布图．在此基础上研究了两种场的分布特点．同时提出作为熔铸过程中主要产热区的渣池是由高热源区和低热源区所组成的观点．对调整电渣熔铸过程中工艺参数、稳定熔铸过程具有一定的指导意义．     

机械振动对焊接熔池金属凝固过程的影响

从力学的角度和能量的角度解释机械振动对焊接熔池金属凝固过程影响的机理。通过分析机械振动对焊接熔池金属的宏观作用和微观机理后认为 :机械振动改变了熔池中的结构起伏分布和能量起伏分布的状态 ,使晶体形核更为容易 ;机械振动使柱状树枝晶的枝晶折断 ,减小了成分过冷区的大小 ,抑制了柱状树枝晶的长大 ,被打碎的枝晶在熔池中独立长大成为等轴晶 ,等轴晶的数量增多 ;机械振动使熔池液体对流速度加快 ,紊流层宽度增大 ,焊缝的宏观偏析减弱 ,气孔和夹渣等缺陷减少。机械振动对焊接熔池凝固的这些影响对机械振动焊接焊缝组织和性能的改善起了重要的作用     

熔滴短路过渡建模及熔池三维瞬态行为模拟

针对短路过渡CO_2焊接的熔滴过渡随机性强、熔池动态行为复杂的特点,考虑熔滴与熔池短路时刻、短路时刻的熔滴半径、温度和中心位置等随机因素,提出了熔滴短路过渡行为模型.采用非对称高斯热源表征电弧热流密度沿焊接方向的非对称性,采用附加源项法处理熔池各动量源,采用VOF追踪熔池气-液界面,采用液相分数法和焓-孔隙度法处理液-固糊状区熔化金属凝固潜热及动量损失,建立了短路过渡焊接熔池的三维瞬态模型.基于FLUENT软件二次开发,模拟了熔池的动态行为,研究了熔池温度场和流场的瞬态变化.对比等速送丝和脉冲送丝情况,熔滴短路间隔时间的概率密度分布和焊缝成形的模拟与实验结果吻合良好,验证了熔滴短路过渡行为模型和熔池三维瞬态模型的有效性.     

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.     

Microstructure and wear properties of the electroslag remelting layer reinforced by TiC particles

The electroslag remelting (ESR) layer reinforced by TiC particles was obtained by electroslag remelting. The microstruc-ture and wear properties of the ESR layer were studied by means of scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and wear test. The results indicate that TiC particles are synthesized by self-propagating high-temperature synthesis (SHS) reaction during the electroslag remelting process. The size of TiC particles is in the range of 1-10 μm, and the distribution of TiC particl...     

Effects of Suspension Casting on Solidification Process of GCr15 Steel Ingot

The mechanism of inoculation in the case of suspension casting process has been studied through solidification kinetics. The effect of suspension casting process on temperature field, solidification rate, temperature gap of crystallization, effective distribution coefficient of solute and nucleation frequency during solidification process in steel ingot were discussed on the base of experiments. It has been found that the suspension casting process can increase both cooling at and solidification rate of steel ingot, improve the temperature field and solute distribution, narrow the temperature gap of crystallication, and increase the nucleation frequency. Thus, the solidification time can be shorten, the solute can be well distributied, the shrinkage porosity can be reduced and the grain of crystallization can be fined.     

Al—Cu合金凝固冷却曲线及晶粒组织特征的计算机模拟

利用宏观－微观耦合的模型和热焓法处理结晶潜热,用外节点直接差分法数值计算技术,模拟了Ａｌ－２ｗｔ％Ｃｕ合金凝固过程的冷却曲线和晶粒组织特征,并与实验结果进行了比较。结果表明：冷却速率越大的凝固区域,再辉出现得越早,平台凝固段越短。模拟所得冷却曲线和晶粒组织特征同实测值吻合较好。     

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。