晶须增韧陶瓷刀具材料微观组织的三维蒙特卡洛模拟

建立了晶须增韧陶瓷刀具材料的微观组织蒙特卡洛波茨模拟模型,模拟研究了晶须增韧陶瓷刀具材料的微观组织演变过程,分析了晶须分布状态、体积含量对微观组织演变行为的影响。结果表明:当晶须体积含量、长度及直径一定时,呈三方向分布的晶须对基体晶粒生长的抑制作用最强,两方向分布的晶须次之,单方向分布的晶须对基体晶粒的抑制作用最弱;当晶须长度和直径一定时,晶须对基体晶粒生长的抑制作用随着晶须体积含量的增加而增强。     

相场方法原理及在微观组织模拟中的应用

介绍了相场方法的两种基本原理,阐述了相场方法在金属凝固过程微观组织形成模拟中的应用情况。指出了相场方法非常适合于微观组织三维模拟,用其他方法则存在较大难度。以后进一步研究的重点方向是更优的数值算法、更精确的数值模型、三维定量模拟以及实用化研究。     

纳米复合陶瓷微观结构的有限元模拟

基于对纳米复合陶瓷微观结构的观察和分析,建立了微观结构的模型,利用MonteCarlo方法和Dirichlet镶嵌法,对纳米复合陶瓷微观结构进行了计算机仿真模拟并对产生的结果进行统计分析,讨论了第二相颗粒几何特性对纳米复合陶瓷微观结构的影响。     

二元合金三维枝晶生长的相场法数值模拟

三维枝晶生长相场法模拟由于计算量巨大,同时无法证明微观可解理论是否适用于三维相场模型,因此,对该领域的研究相对较少且进展缓慢.基于耦合温度场与溶质场的相场模型,设计基于动态计算区域的加速算法求解相场模型,以Ni-Cu二元合金的三维模拟计算为例对加速算法进行验证,成功实现了单机上难以实现的三维枝晶生长过程的模拟计算.计算结果表明,模拟计算真实地再现了二元合金三维凝固过程中树枝晶的生长过程,并得到了与结晶理论相一致的枝晶生长规律.加速算法可大大减小计算时间,降低计算模拟对计算机硬件的依赖性,加速效果明显,冗余量小,精确度高,模拟结果更接近工程实际.     

相场法模拟枝晶生长

基于Tong提出的耦合流场、温度场、噪音场的相场模型,发展了一个单相场控制的多个晶粒生长模型,对对流作用下的枝晶的非对称生长进行了模拟研究,考虑了枝晶的择优生长方向,应用该模型模拟了纯金属镍单枝晶和多枝晶在流体作用下的生长规律。模拟结果表明。金属液对流对枝晶生长形貌产生重要的影响,该模型能够较真实地再现凝固过程的枝晶生长过程。     

纳米复相陶瓷刀具材料的研究现状

纳米复相陶瓷刀具材料的研究成功有望从根本上解决陶瓷材料的脆性问题，比起传统刀具陶瓷刀具材料，它具有更高的抗弯强度、断裂韧度等力学性能。本文介绍纳米复相陶瓷的增韧补强机理；总结了现阶段以Al2O3、Si3N4、ZrO2和Ti（C、N）四种陶瓷为基体的纳米复相陶瓷刀具材料的显微结构和力学性能之间的关系，并且指出了纳米复相陶瓷刀具材料今后的研究方向。     

凝固组织计算机微观模拟技术的现状与发展

对近年来计算机技术在凝固组织的模拟方面的进展情况做了较全面的评述，比较了相关的理论模型，分析了利用各种数值模拟技术所取得的成果。     

相场法模拟增材制造及焊接过程中显微组织的研究进展

增材制造以及焊接过程都是多物理场耦合的复杂过程,难以采用试验方法直接观测熔池显微组织的演变过程。随着计算材料学和数值模型的快速发展,从数值模拟出发研究凝固过程中的显微组织演变成为可能。对比分析了几类常用的显微组织模拟方法,其中相场法在晶粒形貌模拟准确性上具有独特的优势。综述了相场法在增材制造及焊接领域模拟显微组织的应用现状,并对未来的研究方向进行了展望。     

纳米碳化钛颗粒对纳米氧化锆增韧氧化铝基陶瓷刀具材料的影响

研究了纳米TiC对陶瓷刀具材料Al203 - 3Y - Zr02 - TiCn的微观结构和力学性能的影响.结果表明,A5Tn20Z在烧结温度为1650℃、烧结压力为30MPa和保温时间为30min时的力学性能最好,抗弯强度904.7MPa,断裂韧度4.16MPa· m1/2,维氏硬度17.43GPa.     

相场法模拟中影响侧向分支的相场参数

使用耦合热扰动的相场模型,研究相场参数对枝晶侧向分支的影响。结果表明,随着过冷度的增大,包围等轴晶的热扩散层越薄,这越有利于侧向分支的生长,使枝晶侧向分支越发达。各向异性系数ε影响枝晶尖端稳态行为,ε越大,枝晶生长速度越大,侧向分支越发达,二次枝晶间距越小:耦合系数λ越小,尖端生长速度较快收敛于格林函数计算值,侧向分支越发达;热扰动幅值Fu对温度场的影响明显,当Fu取值适当时,热噪声可以引发侧向分支,但是不影响尖端的稳态行为。     

微米硬质相对相变增韧陶瓷刀具材料的影响

本文分别研究了微米TiC和微米TiN对陶瓷刀具材料Al2O3-3Y-ZrO2微观结构和力学性能的影响。结果表明,添加微米TiC后,陶瓷刀具材料的断裂韧度略有下降。添加微米TiN的陶瓷刀具材料A5Nm20Z在烧结温度为1650℃、烧结压力为30MPa和保温时间为30min时的力学性能最好,抗弯强度、断裂韧度和维氏硬度分别为845.14MPa、4.87MPa·m1/2和16.40GPa。     

基于三相微观结构的纤维复合材料切削仿真研究

为了研究纤维增强复合材料在切削过程中的材料去除机理及切削性能,本文建立了基于三相微观结构的纤维增强复合材料的二维有限元切削模型。针对纤维、基体和界面相组成三相微观结构,分别建立了它们的本构模型和失效准则,并完成复合材料二维正交切削的动态物理仿真。通过切削力仿真值与实验值的比较,验证了该模型的准确性和有效性。并基于此模型,分析材料的切屑形成机理、切削损伤及加工参数对切削力的影响。结果表明,纤维增强复合材料的切屑形态、损伤模式和切削力具有明显的各向异性。     

金属相在复相陶瓷刀具材料中体积含量的研究

依据陶瓷刀具材料晶粒的结构,建立了四种晶粒模型,通过理论计算,得出了金属相在陶瓷刀具材料中体积分数的合理取值范围(3.5%-13%);以3.6vol.%、5.1vol.%、6.6vol.%、8.1vol.%的Ni作为金属粘结相,制备了TiB2-TiC-WC复相陶瓷刀具材料,用扫描电镜分析了材料的微观结构,陶瓷晶粒呈六棱体状或方体,金属相包覆在陶瓷晶粒周围,并且当Ni的含量为5.1vol.%时,可以获得力学性能优良的复相陶瓷刀具材料。     

计算机模拟与预测方法在材料科学研究中的应用

计算机模拟与预测方法在材料科学研究中得到愈来愈广泛的应用。针对材料研究的发展趋势,介绍了常用的有限元法、有限差分法、蒙特卡罗方法、分子动力学方法及人工神经网络方法等的特点,并列举了它们在材料研究开发中的应用。     

先进陶瓷刀具材料及质量的研究现状与发展趋势

先进陶瓷刀具材料是２１世纪最有希望、最有竞争力的刀具材料,它的研究与发展,有可能引起切削加工技术的第三次革命。中国要想在不久的将来赶上甚至超过世界先进水平,必须在界面工程、协同增韧机理和刀具的可靠性等理论方面,在热等静压技术、无压烧结技术、自韧化技术等工艺方面和高性能陶瓷刀具材料以及质量的研究与开发方面投入更多的人力和物力,求取突破性的进展。     

AerMet100钢再结晶过程的相场模拟

基于双势阱函数和场变量之间存在交互作用,提出了用于描述材料加热过程晶粒演变的自由能表达式,建立了晶粒长大的扩散相场数学模型,并编制了相应的数值模拟软件,对AerMet100钢加热过程中正常和异常晶粒长大进行了数值模拟.结果表明:空间矢量取向数的改变,直接影响晶粒生长过程中的演变倾向;随着空间矢量取向数的减少,晶粒向异常长大演变.     

计算机仿真技术在磨削温度场中的应用

建立了磨削温度场的计算机仿真系统 ,实现了对磨削温度场的预测及优化。利用该仿真系统对干式和湿式磨削温度场进行了仿真并得出三维等温图 ,为研究各加工参数对磨削温度场的影响提供了理论依据。     

磨削淬火技术的温度场分析和材料相变研究

磨削淬火技术是利用磨削热对工件表面进行热处理 ,使工件表层发生马氏体相变 ,达到与表面强化处理一样的性能。通过对温度场的分析和材料相变的研究 ,发现利用计算机仿真磨削淬火温度场 ,不仅可以节省大量分析时间和试验费用 ,而且可以利用磨削温度场仿真技术 ,通过选择不同的工艺参数来预测和控制相变层厚度     

氮化碳基陶瓷刀具材料的制备与力学性能研究

采用热压烧结工艺,以Ti(C, N)为添加相,以Mo、Ni和Co为金属相,成功制备了氮化碳(C₃N₄)基陶瓷刀具材料,测量了其断裂韧度、抗弯强度和维氏硬度,分析了其微观组织。结果表明,在烧结温度为1600℃、保温时间为45 min和烧结压力为32 MPa的工艺条件下,Ti(C, N)质量分数为35%、Ni-Co质量分数为8%的C₃N₄基陶瓷刀具材料力学性能最优。合适的Ti(C, N)含量能细化C₃N₄晶粒、提高烧结密度、改善力学性能,合适的Ni-Co含量能使微观组织细小均匀。