离心力场中外加颗粒分布模型

采用连续性理论结合外加颗粒在离心力场中运动规律，基于柱坐标系建立了离子心力场中外加颗粒分布的数学模型。采用该数学模型，以离心铸造法制备ＳｉＣｐ／Ａｌ基梯度功能材料为例，分析了颗粒沉积过程，研究了离心加速度Ｇ、颗粒初始体积分数、浇注温度、颗粒与合金密度差等对颗粒分布的影响。模拟结果与实验均表明，提高离心加速度Ｇ和浇 注温度，降低颗粒初始体积分数，可使梯度分布变化加剧，外侧颗粒浓度增大（颗粒密度大于合     

几何特征对SiC颗粒增强Al基复合材料力学行为的影响

利用有限元方法建立三维模型分析SiC颗粒在不同形状、不同体积分数和不同尺寸时对Al基复合材料力学行为的影响,并进行拉伸试验研究.结果表明,颗粒形状比颗粒尺寸和颗粒体积分数对材料的应力、应变分布及材料韧性的影响大.颗粒尖角附近有严重的应力集中现象,在外力方向上颗粒端部附近的基体上的应变也有集中现象.随颗粒角度的减小,颗粒的应力很快增大而韧性减小,材料的弹性模量有增大的趋势.随颗粒体积分数的增大,颗粒的应力有减小趋势,材料的弹性模量呈增大趋势.颗粒尺寸较小时(平均尺寸为5 μm),颗粒尺寸对材料的应力及应变的影响小.     

颗粒增强铁基复合材料拉伸应力场数值分析

采用有限元方法分析了颗粒增强铁基复合材料强度和应力与颗粒形状、尺寸以及体积分数的关系。结果表明，颗粒尖锐化会导致颗粒尖端应力集中和基体内的应变集中。同时，颗粒长径比增大，颗粒的应力集中也增大；颗粒尺寸减小和体积分数增加都有助于提高复合材料的强度。     

Sn-16%Sb包晶合金的定向凝固组织演化研究

利用高温度梯度定向凝固装置对Sn-16wt.%Sb过包晶合金进行了试验研究,考察了不同凝固速度条件下获得的凝固组织、相的形貌及初生相体积分数的变化。结果表明,定向凝固组织为硬质初生金属间化合物SnSb相弥散分布于包晶β（Sn）相的软基体中,SnSb相呈四方形或三角形状,呈现小平面相生长形态。同时发现初生相随定向凝固速率增大而细化,分布更加均匀,其体积分数随定向凝固速率的增大先减小后增大。     

高熵合金增强铸造铝合金的组织与性能

采用机械合金化工艺制备了Al_(0.25)Cu_(0.75)FeCoNi高熵合金(HEA)颗粒,并采用挤压铸造工艺制备了高熵合金颗粒增强铝基复合材料(HEA/Al),研究高熵合金颗粒体积分数对复合材料显微组织及力学性能的影响。结果表明,当高熵合金颗粒体积分数为5%时,高熵合金颗粒在基体中分布均匀;随着高熵合金颗粒体积分数增加,复合材料局部出现了团聚的现象,且其硬度逐渐增大,但其抗拉强度和伸长率随着体积分数的增大而减小,其中,当高熵合金颗粒体积分数为5%时,综合性能最佳,抗拉强度相比于基体合金提高了12.5%。     

SiC对SiC/6066铝基复合材料挤压过程力学行为的影响

利用有限元方法分析了SiC颗粒在不同形状、体积分数时对Al基复合材料挤压过程力学行为的影响,并对试样进行了拉伸试验。结果表明,随着SiC颗粒角度减小,颗粒的应力很快增大,基体的应变呈增大趋势;随SiC颗粒体积分数的增大,颗粒的应力、基体的应变以及该复合材料的弹性模量及屈服强度呈增大的趋势。     

SiC/Al-Si复合材料颗粒分布的数值模拟

介绍了颗粒分布的定量分析技术在颗粒增强复合材料性能预测方面的研究方法以及应用进展。在对搅拌铸造法制备SiC颗粒增强Al-7．0Si复合材料凝固过程的宏／微观数值模拟的基础上，将样方法以及方差分析法嵌入数值模型，对不同颗粒体积分数条件下复合材料颗粒分布均匀性进行了定量分析，并与试验结果进行了对比。结果表明：将宏／微观数值模拟与定量分析技术相结合，能够更为准确地分析不同工艺参数对复合材料微观组织以及颗粒分布的影响。在本试验条件下，随着SiC颗粒体积分数的增加，样方法中的颗粒均匀性参数值以及方差系数都逐渐减小，SiC颗粒分布更均匀。     

高压隔膜泵单向阀阀隙流场的冲蚀磨损特性分析

目的 探究高压隔膜泵单向阀阀隙流场冲蚀磨损产生的原因及主要影响因素。方法 基于固液两相流基本理论和冲蚀模型,考虑颗粒保护效应及磨蚀效应,采用计算流体力学(CFD)方法模拟单向阀阀隙流场的冲蚀磨损行为,探究矿粉颗粒体积分数、颗粒粒径、单向阀半锥角、胶垫突出高度等参数对单向阀冲蚀磨损特性的影响。结果 矿粉颗粒紧贴阀芯壁面的剪切运动是造成阀芯发生冲蚀磨损失效的主要原因。当矿粉的体积分数由0.1增大到0.5时,由冲蚀造成的最大冲蚀磨损速率随之减小,由磨蚀造成的平均冲蚀磨损速率随之增大。当矿粉粒径为0.025~0.048 mm时,随着矿粉粒径的增大,平均冲蚀磨损速率随之增大。当矿粉粒径超过0.048 mm时,平均冲蚀磨损速率逐渐减小。当单向阀半锥角由30°增大到45°时,阀隙流场的最大流速由12.23 m/s减小至9.19 m/s,矿粉颗粒对阀芯壁面的最大冲蚀磨损速率减小了41.16%。阀隙流场的最大流速和冲蚀磨损速率随着胶垫突出高度h的增大而增大,同时位置也发生了相应变化。结论 矿粉颗粒体积分数的增加会加重粒子对阀芯壁面的损伤程度,随着粒径的增加,泵阀的最大冲蚀磨损速率先增大后减小,增大半锥角可以缓解颗粒对壁面的冲蚀磨损,增大胶垫突出高度会导致冲蚀磨损区域逐渐向胶垫突出位置集中。     

过共晶铝硅自生梯度复合材料的组织与性能

用电磁分离工艺成功制备了初生Si相体积分数、材料显微硬度和耐磨性沿径向呈梯度分布的棒状复合材料 ,讨论了梯度层的形成过程。微观组织观察和力学性能测试结果表明 :在近外壁区域形成了体积分数高达16 %的细小初生Si相偏聚区 ,此区硬度高 ,耐磨性好 ,中心区为细小和均匀的共晶组织 ,两部分之间为颗粒体积分数渐变的过渡区 ,可使耐磨层与基体的结合强度得到保证     

WC颗粒增强铜的载流摩擦磨损行为北大核心CSCD

采用粉末冶金法制备了碳化钨颗粒增强铜(WC/Cu)复合材料,研究了WC含量对WC/Cu)复合材料力学性能和微结构的影响,并考察了复合材料载流摩擦磨损性能。结果表明:随着WC质量分数增加,复合材料相对密度逐渐降低,硬度缓慢增大,电导率快速下降。WC含量较低时,大部分WC颗粒能较均匀分布于铜基体上;而WC含量较高时,WC颗粒的团聚现象较严重,团聚所形成的颗粒团体积较大。载流摩擦磨损测试中,随着WC质量分数增加,体积磨损率逐渐减小;未加载电流时,体积磨损率随载荷增大而增大;一定载荷和滑动速率时,复合材料体积磨损率随载流密度增加而增大。     

关于连铸传热数学模型中等效导热系数的讨论

讨论了连铸传热数学模型中等效导热系数对模拟结果的影响,结论表明,采用等效导热系数法可以较为准确的预测铸坯表面温度及凝固终点,但等效导热系数越大,凝固前期的铸坯坯壳厚度越薄;等效导热系数的取值对铸坯两相区将产生较大影响,等效导热系数越大,某一厚度处钢液越早进入两相区,相应地,两相区厚度越大、两相区内温度梯度越小,局部凝固时间越大;采用计算获得的二次枝晶间距与实测值强制拟合的方法可以获得对流等效因子[（m）]的合理取值;对于铸机,在液相穴中强制对流区取[m＝7、]强制对流与自然对流的过渡区取[m＝5、]自然对流区取[m＝3、]静滞区取[m＝1]计算,可以获得较为准确的模拟结果。     

Mathematical modelling of Inconel 718 particles in HVOF thermal spraying

High velocity oxygen fuel (HVOF) thermal spray technology is able to produce very dense coating without over-heating powder particles. The quality of coating is directly related to the particle parameters such as velocity, temperature and state of melting or solidification. In order to obtain this particle data, mathematical models are developed to predict particle dynamic behaviour in a liquid fuelled high velocity oxy-fuel thermal spray gun. The particle transport equations are solved in a Lagrangian manner and coupled with the three-dimensional, chemically reacting, turbulent gas flow. The melting and solidification within particles as a result of heat exchange with the surrounding gas flow is solved numerically. The in-flight particle characteristics of Inconel 718 are studied and the effects of injection parameters on particle behavior are examined. The computational results show that the particles smaller than 10 μm undergo melting and solidification prior to impact while the particle larger than 20 μm never reach liquid state during the process.     

INTERACTION OF PARTICLES WITH A SOLIDIFIED INTERFACE DURING SOLIDIFICATION OF METAL MATRIX COMPOSITE REINFORCED WITH PARTICLES

ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＯＮＯＦＰＡＲＴＩＣＬＥＳＷＩＴＨＡＳＯＬＩＤＩＦＩＥＤＩＮＴＥＲＦＡＣＥＤＵＲＩＮＧＳＯＬＩＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮＯＦＭＥＴＡＬＭＡＴＲＩＸＣＯＭＰＯＳＩＴＥＲＥＩＮＦＯＲＣＥＤＷＩＴＨＰＡＲＴＩＣＬＥＳＣＨＵＳｈｕａｎｇｊｉｅ;Ｗ...     

连铸Ag-28Cu温度场非稳态过程的数值模拟

采用Procast软件中的Mile算法对Ag-28Cu合金连铸凝固过程中温度场的非稳态变化进行了模拟,研究了不同拉速、过热度和换热系数对温度场分布、凝固速率和凝固前沿温度梯度变化的影响。模拟结果表明:随拉速的增大,铸件中心区域的凝固速率加快,凝固前沿温度梯度变化范围减小。换热系数的改变在靠近铸件表面区域对凝固速率基本没有影响,但靠近铸件中心区域后,其凝固速率随换热系数开始大幅度增大。在整个凝固过程中,换热系数越大,凝固前沿温度梯度越大。随浇注温度的提高,其凝固速率呈振荡式增大,凝固前沿温度梯度呈振荡式减小。     

Predicting the columnar-to-equiaxed transition for a distribution of nucleation undercoolings

A deterministic mathematical model for steady-state unidirectional solidification is proposed to predict the columnar-to-equiaxed transition. In the model, which is an extension to the classic model proposed by Hunt [Hunt JD. Mater Sci Eng 1984;65:75], equiaxed grains nucleate according to either a normal or a log-normal distribution of nucleation undercoolings. Growth maps are constructed, indicating either columnar or equiaxed solidification as a function of the velocity of isotherms and temperature gradient. The fields of columnar and equiaxed growth change significantly with the spread of the nucleation undercooling distribution. Increasing the spread favors columnar solidification if the dimensionless velocity of the isotherms is larger than 1. For a velocity less than 1, however, equiaxed solidification is initially favored, but columnar solidification is enhanced for a larger increase in the spread. This behavior was confirmed by a stochastic model, which showed that an increase in the distribution spread could change the grain structure from completely columnar to 50% columnar grains.     

试样尺寸对Al-4.5%Cu合金定向凝固组织和界面稳定性的影响

在传统Bridgeman方法下,利用Al-4.5%Cu合金内外同心嵌套试样,研究了自然对流对凝固过程及组织的影响。试验结果显示,温度梯度和抽拉速率均相同的定向凝固试样,尺寸较大试样的组织呈规则胞状或树枝状时,对应尺寸较小试样组织胞晶尖端发生分叉或杂乱树枝状,表明尺寸较小的试样液-固界面稳定性较差。较小试样尺寸限制了液相中自然对流致使溶质原子液-固界面处大量富集是凝固组织不规则与液-固界面不稳定的主要原因。     

超高温度梯度下凝固速率对一种镍基单晶高温合金定向凝固组织的影响

采用区域熔炼液态金属冷却超高温度梯度定向凝固法(ZMLMC),研究凝固速率对一种镍基高温合金微观组织的影响。结果显示:在温度梯度基本不变的条件下,随着凝固速率的提高,枝晶结构逐渐细化,一次枝晶间距λ1与二次枝晶间距λ2减小,且λ1和λ2分别与V-1/4和V-1/2呈线性关系;γ’相尺寸随凝固速率的提高而减小,形貌逐渐趋向于立方状,而在同一速率下,枝晶干的γ’相形状相对较规则,接近立方形,枝晶间的γ’相则趋于无规,其尺寸也较枝晶干区域更为粗大;γ/γ’共晶尺寸随凝固速率的提高而减小,分布趋于弥散,但总的体积分数变化不大。     

单晶高温合金铸件结构对定向凝固过程中温度场的影响

为了提高单晶涡轮叶片的气冷效果,其冷却通道内部结构越来越复杂,导致制备过程中凝固缺陷出现频率增高,凝固缺陷的形成与定向凝固过程中温度场演变密切相关.采用ProCAST数值模拟的方法研究了铸件结构对定向凝固过程中温度场的影响.结果 表明,单晶高温合金铸件尺寸突变和渐变都会导致液固界面位置和温度梯度的变化;相比渐变截面结构...     

Effect of the Shape Factor on the Cold-Spraying Dynamic Characteristics of Sprayed Particles

Silicon powder was chosen to be deposited by cold spraying for the consideration of possible applications in lithium ion batteries. The influence of the silicon particle shapes other than spherical on the impact velocity and temperature for different working parameters of the gas streams have been numerically investigated by using computational fluid dynamics modeling. The results show that, for same equivalent diameter, the particle impact velocities increase to a maximum velocity when the shape factor increases to a certain value and then decreases to the impact velocity of spherical particles. In the cold-spraying process, the particle velocity profile for smaller shape factors is much closer to that of the gas stream due to the larger particle surface area. Furthermore, the particle impact velocity increment for smaller shape factors is much more remarkable with a higher main propulsion gas temperature and higher carrier gas pressure. The effect of raising the main propulsion gas pressure on the impact velocity of the particles with very smaller shape factors is negligible. The particle impact velocity and temperature can be altered by not only the change of the working parameters of the gas steams but also the change of the sizes and shapes of the sprayed particles.     

Application of cellular automaton–finite element model to the grain refinement of directionally solidified Al–4.15 wt% Mg alloys

Cellular automaton–finite element simulations and Bridgman experiments are used to study the grain refinement of directionally solidified Al–4.15 wt% Mg. The simulations can successfully map the conditions (velocity and temperature gradient) for columnar or equiaxed growth and account for variations in grain size in equiaxed structures. The simulations show that the latent heat released by dendritic solidification gives a quasi-isothermal zone interrupting the temperature gradient. This zone is important in limiting the degree of grain refinement which can be achieved, but also facilitates growth of equiaxed rather than elongated grains. The columnar-to-equiaxed transition is gradual, and its dependence on the addition level of refiner has been characterized. Hunt's model of the transition is supported by microstructural studies of quenched Bridgman samples.