基于CFD的冷却台风场数值计算与优化

为了解决热处理工艺中风冷处理阶段冷却台出风不均匀问题,基于CFD对冷却台进行了优化设计,并对冷却台风场进行了数值仿真,得出不加挡风板以及不同高度组合、角度组合工况下出风口的最大、最小风速,平均风速以及风速标准差。根据仿真所得结果,分析了高度和角度对风速均匀性的影响,得出了挡风板最佳高度和角度。结果表明:在冷却台风道中设置挡风板有助于提高出风均匀性;高度对出风均匀性影响较大,角度影响较小。     

铸型材质对SiCp/ZAlSi5CuMg微观组织均匀性影响规律的研究

铸型材质不同,其冷却速度不同,它影响液态金属凝固过程及形成的组织,进而影响材料的性能。用铸造法制备复合材料时,铸型材质还会对增强体颗粒的分布产生影响。采用液态搅拌法制备了SiCp/ZAlSi5CuMg复合材料,研究了不同铸型材质、相同材质不同壁厚对SiCp/Al复合材料微观组织均匀性的影响规律。试验结果表明,在其他条件相同的情况下,采用冷却能力较快的铸型,可以明显改善SiC颗粒在ZAlSi5CuMg基体中分布的均匀性。冷却速度较快,凝固过程中金属液粘度迅速增大,使SiC颗粒聚集及下降时的阻力增大,难以聚集或下降,进而使SiC颗粒在ZAlSi5CuMg基体中分布的均匀性得到改善。     

真空非自耗电弧熔炼温度场模拟及熔炼效果评估

采用ANSYS软件模拟真空非自耗电弧炉熔炼TiAl基和NbSi基合金的熔炼过程,通过模拟得到熔炼过程中的温度场数据,同时计算合金锭不同位置的冷却曲线以及相应的冷却速度曲线.并结合实际熔炼的Ti-47Al-2Cr-2Nb及Nb-16Si-22Ti-2Al-2Cr-2Hf合金锭,分析不同冷却速度节点处的微观组织均匀性.结果表明,冷却速度不同,导致合金锭微观组织不均匀,说明真空非自耗电弧熔炼方法虽简单易行,但其组织不均匀性影响了较大尺寸高温合金铸件的品质.     

铸型材质对SiCp/ZAISi5CuMg微观组织均匀性影响规律的研究

铸型材质不同,其冷却速度不同,它影响液态金属凝固过程及形成的组织,进而影响材料的性能.用铸造法制备复合材料时,铸型材质还会对增强体颗粒的分布产生影响.采用液态搅拌法制备了SiCp/ ZAlSi5CuMg复合材料,研究了不同铸型材质、相同材质不同壁厚对SiCp/Al复合材料微观组织均匀性的影响规律.试验结果表明,在其他条件相同的情况下,采用冷却能力较快的铸型,可以明显改善SiC颗粒在ZAlSi5CuMg基体中分布的均匀性.冷却速度较快,凝固过程中金属液粘度迅速增大,使SiC颗粒聚集及下降时的阻力增大,难以聚集或下降,进而使SiC颗粒在ZAlSi5CuMg基体中分布的均匀性得到改善.     

不同淬火方式对17Cr2Ni2Mo齿轮钢畸变性能的影响

对国产17Cr2Ni2Mo齿轮钢进行不同的淬火冷却处理,研究冷油静止、冷油搅拌、热油静止和热油搅拌等4种方式对齿轮钢畸变性能的影响。结果表明,从畸变量和均匀性的角度考虑,17Cr2Ni2Mo齿轮钢的最佳淬火冷却工艺为热油搅拌淬火。     

热处理对喷射沉积含Nd镁合金挤压坯组织性能不均匀性的影响

以喷射沉积技术制备出了Mg-Al-Zn系合金沉积坯,然后对其挤压,并对其尺寸不均匀的挤压坯进行不同工艺的热处理,研究热处理工艺对其组织与性能不均匀性的影响。结果表明,热处理工艺可改善镁合金挤压坯组织及性能的不均匀性。经过热处理后挤压坯中的Al2Ca粒子数量、尺寸及分布的变化和Mg晶体轴比(c/a)的减少是改善镁合金组织与性能不均匀性的主要原因。     

中厚板控冷过程热应力组织耦合模拟分析

利用有限元模拟技术,建立了钢板冷却过程的热、力和组织耦合的有限元模型,计算了在控冷输出辊道上3种不同冷却模式下的温度场、应力场和组织场。分析表明,采用稀疏冷却方式能提高厚度方向上的冷却均匀性;上下表面冷却均匀有利于减小钢板的翘曲;采用不同冷却路径可获得不同的组织和性能。其分析可为中厚钢板控冷获得理想的板形、组织和性能提供理论依据。     

高线控冷冷却器流场仿真研究

采用有限元模拟软件Fluent对Morgan-5代、Morgan-6代冷却器进行了三维流场仿真,研究了冷却器结构变化对其压力场、速度场的影响,通过仿真获得两种冷却器的换热系数,进而对冷却器的冷却能力和冷却均匀性进行评估,得出在相同流量、相同内腔尺寸d=Φ17. 5mm的条件下,Morgan-5代冷却器的冷却能力高于Morgan-6代冷却器,在冷却均匀性方面,Morgan-6代冷却器表现更优。     

底喷式淬火槽结构的优化设计

为改善底喷式淬火槽的冷却均匀性,从入水口方向和变径方面对淬火槽结构进行优化,研究了不同淬火槽结构对淬火冷却的影响。结果表明,在相同边界条件下,入水口方向改为切向后,钢管两侧流速有了显著提高,可有效提高淬火槽的冷却能力;采用过流截面逐渐收缩的变截面淬火槽,钢管轴向及内、外壁面的冷却均匀性均优于等直径淬火槽。     

成型助剂添加方式对陶瓷CBN内圆磨砂轮性能的影响

以自制的低温高分子成型助剂为基础,研究未添加、颗粒添加、熔融添加3种不同方式对陶瓷CBN试条抗折强度、砂轮成型料均匀性、砂轮组织均匀性及其显微结构和磨削性能的影响。结果表明:熔融添加高分子成型助剂时,冷却后其能够在CBN砂轮成型料表面形成均匀包裹,成型料的松散性和均匀性均有明显改善;当以颗粒和熔融方式添加成型助剂时,制备的陶瓷CBN试条抗折强度极差值比未添加助剂试条的分别降低了34.02%和73.77%,陶瓷CBN内圆磨砂轮密度极差率较未添加的砂轮降低了56.83%和79.14%,且砂轮组织结构更均匀;当熔融添加成型助剂时,制备的陶瓷CBN内圆磨砂轮磨削叶片泵定子时未出现喇叭口,寿命是未添加高分子成型助剂砂轮的2倍。      

线棒材轧制用冷却器的优化设计与应用

针对棒线材生产用套筒式冷却器存在冷却能力不足，难以满足低温轧制的要求；轧件表面周向温度均匀性较差等问题，对套筒式冷却器结构进行了优化设计，得到旋流式冷却器。其采用圆锥斜齿轮式喷嘴，使冷却管内的水流形成旋流，可以产生较高的压力和速度，大幅度提高冷却能力，同时有效改善轧件表面温度的均匀性。采用SOLIDWORKS软件建模，利用ANSYS CFX软件进行流体仿真，对两种冷却器的流场、压力、流速进行了仿真分析。结果表明，旋流式冷却器可以提高冷却效率，改善轧件温度的均匀性，为实现轧件的超快速冷却创造有利条件。对24 mm圆钢的冷却应用表明，旋流式冷却器对轧件的降温幅度为套筒式冷却器的1.5～2.0倍且冷却均匀性明显改善。     

线棒材轧制用冷却器的优化设计与应用

针对棒线材生产用套筒式冷却器存在冷却能力不足，难以满足低温轧制的要求；轧件表面周向温度均匀性较差等问题，对套筒式冷却器结构进行了优化设计，得到旋流式冷却器。其采用圆锥斜齿轮式喷嘴，使冷却管内的水流形成旋流，可以产生较高的压力和速度，大幅度提高冷却能力，同时有效改善轧件表面温度的均匀性。采用SOLIDWORKS软件建模，利用ANSYS CFX软件进行流体仿真，对两种冷却器的流场、压力、流速进行了仿真分析。结果表明，旋流式冷却器可以提高冷却效率，改善轧件温度的均匀性，为实现轧件的超快速冷却创造有利条件。对24 mm圆钢的冷却应用表明，旋流式冷却器对轧件的降温幅度为套筒式冷却器的1.5～2.0倍且冷却均匀性明显改善。     

用于CRH3的SiC/6061铝合金共连续复合材料制动盘在紧急制动过程中考虑气流冷却情况下的热分析(英文)

使用SiC网络陶瓷骨架增强的6061铝合金复合材料(SiCn/Al)制动盘可以减少高速列车的质量。采用有限元(FE)和计算流体动力学(CFD)方法计算在300km/h速度下实施紧急制动过程中考虑气流冷却条件下SiCn/Al制动盘的热和应力。分析制动器总成及其界面的设计特点时考虑了传导、对流和辐射这三种传热的模式。结果表明,具有较高对流系数的气流冷却不仅降低制动中的最高温度,也降低了温度梯度,因为气流加速了制动盘上较热部分的热量散失。有效的气流冷却可以减少制动盘上热斑的形成和盘体的热变形。有无考虑气流冷却时,实施紧急制动后,制动盘最高温度分别为461℃和359℃。有无考虑气流冷却时,制动盘的等效压力可分别达到269和164MPa。然而,在实施紧急制动时,制动盘表面的最大应力可能超过材料的屈服强度,这可能导致在不带冷却时制动盘的塑性损伤累积。模拟结果与实验结果相一致。     

薄规格铝镇静钢板形缺陷的控制研究

对薄规格铝镇静钢高次浪形缺陷问题进行了研究,从目标板形曲线补偿、轧辊磨损以及性能均匀性方面开展了试验工作。存在高次浪形缺陷的带钢,宽度方向的性能存在较大的性能差异。提高退火温度、降低快冷温度以及提高卷取温度,理论上都会改善连退带钢的性能。试验结果表明：提高卷取温度,明显改善了带钢宽度方向上的性能均匀性,同时有效地抑制了薄规格铝镇静钢高次浪形缺陷的产生。     

结构参数对上吹风冷却装置流场性能的影响研究

用ANSYS-FLUENT软件研究挤出联动生产线中上吹风冷却装置的外形结构形式、风源入口方向、出口流道吹风倾斜角度等主要结构参数变化对其吹风性能的影响。研究中以空气为介质得出相关参数变化对上吹风冷却性能的影响规律。结果表明:横截面外形为圆筒形比矩形上吹风冷却装置可实现更均匀的出口速度;风源入口垂直于出口方向更有利于获取较大的出口速度均匀性;出口流道吹风倾斜角为12°时上吹风冷却装置表现的吹风效果最佳。     

薄钢板气体射流控冷结构数值模拟与试验验证

对3种用于薄钢板冷却的气体射流控冷结构进行了数值模拟分析,通过比较气体射流控冷结构内风速流场和钢板温度场,确定单均风板气体射流控冷结构可满足薄钢板淬火要求,且冷却均匀性较好,并进行了试验验证。结果表明:与无均风板相比,设置一个或两个均风板时,工件近壁面风速流场与温度场均匀性得到提高,利用单均风板气体射流控冷结构对钢板进行风冷时,在20 s时工件上存在的最大温度差约为63.8 ℃。在20 s内钢板平均温度从920 ℃冷却至Ms点(412 ℃)以下,最低冷速约为27.2 ℃/s,大于马氏体转变临界冷却速度27 ℃/s,表明单均风板气体射流控冷结构可用于薄钢板气体射流淬火工艺。     

CO_2焊/喷射高碳铬铁合金粉复合堆焊层耐磨性

采用CO2焊/喷射送粉复合堆焊新方法,通过喷射高碳铬铁粉体,研究送粉量及送粉气流量对堆焊层硬度及耐磨性的影响,并通过XRD,TEM等分析方法研究了堆焊层组织结构与耐磨性的影响规律.结果表明,当送粉速度800 g/h,送粉气体流量5L/min时,堆焊层硬度为55 HRC,耐磨性与单纯H08Mn2Si焊丝堆焊相比提高了4倍...     

An Advanced Oscillation Mixing Method for Improving the Cooling Uniformity in Quenching

In quenching, the cooling uniformity is most important to diminish distortion occurring on work pieces. As a trial to accomplish uniform cooling, therefore, there exist various mixing methods of a quenchant and the quenchant circulation with an external pump has so far been the well accepted mixing method. However, this study proposes an advanced oscillation mixing method that can improve more the cooling uniformity in quenching. The proposed method includes a stirrer in oscillating motion, so that the simultaneous oscillating and mixing movements of the stirrer are considered to provide efecfively the uniform cooling characteristics for the quenchant. In comparison with the case of the circulation pump mixing, the investigation using the oscillation mixing method has demonstrated the following two experimental facts:(1) the short vapor blanket stage caused by the quick breakage of the oil vapor blanket and (2) the reduced variation of the quenching distortion.