材料制备的计算机模拟

以中英合作研制大型铸钢支承辊为例,首先阐述了铸造工艺过程的计算机模拟过程,包括充型过程的速度场、凝固过程的温度场以及微观组织等轴晶与柱状晶的转变和它们之间的竞相生长.其次,对带钢热轧过程中的组织演化和性能进行了模拟和预报;同时采用具有自主知识产权的深过冷热机械处理获得梯度细晶显微组织,认为通过轧制形变前的深过冷进一步降低形变温度是获得超细晶粒的关键.最后,提出多尺度模拟与集成是今后材料制备计算机模拟的发展方向.     

客车轴箱铸件在凝固过程中的缺陷预测

客车轴箱在铸造过程中容易产生缩松,气孔等缺陷,运用计算机模拟技术对轴箱在浇注充型过程和随后的冷却过程进行了模拟.通过对固相分数、凝固时间和二次枝晶臂距大小分布的分析,可以看出在充型过程和随后的冷却过程,在轴箱的上部和前端靠近直浇道侧容易产生缩松并且二次枝晶臂距较为粗大.利用模拟的结果与实际铸件进行对比,发现模拟结果与实际吻合较好.     

A356铝合金显微疏松与二次枝晶臂距的计算机模拟

以商品化软件PROCAST为基础进行二次开发, 对A356铝合金托盘件凝固过程显微疏松缺陷和二次臂距(SDAS)进行了数值分析, 建立了有氢气析出量影响在内的显微疏松判据模型, 预测了显微疏松出现的位置与体积分数. 预测结果得到了X射线无损探伤实验的验证. 开发了温度场测试系统, 测试了铸件凝固过程的冷却曲线, 模拟结果与实际结果符合良好.     

等轴晶凝固过程的数学模型

通过对Ａｌ－Ｓｉ合金等轴晶凝固过程哟定性描述，建立了宏观─微观统一的数学模型。该模型以团相份数为媒介，把传热、传质过程与结晶生长过程联系起来，对合金微观组织进行了定量描述。试验验证表明，应用该模型进行模拟计算的结果与试验结果吻合较好，并可以预测力学性能。     

CRH2A型动车组缓冲梁结构焊接残余应力的有限元模拟

建立了缓冲梁结构焊接有限元模型,利用有限元法分析了焊接残余应力分布规律.结果表明:应力模拟结果与采用压痕应变法实测结果吻合较好,模型可靠;缓冲梁下翼板边部和工艺孔区域存在较大且分布不均匀的焊接应力,工件挂的焊接对下翼板边部应力分布影响较大;采用A6N01铝合金代替A7N01铝合金作为母材可有效降低缓冲梁结构应力,当角补板和缓冲梁整体成型时,原焊缝附近的残余拉应力明显降低,采用双人对称同时施焊能显著降低缓冲梁下翼板的残余拉应力.     

钛铝合金精铸过程温度场与表面晶粒的关系研究

借助于试验及温度场模拟对TiAl合金精铸叶片表层晶体形态及其分布进行了研究,结果表明合金叶片表面晶体形态分布与凝固温度场分布有很大关系,随表面区域温度场的不同,表面晶体形态明显发生变化.同时发现表面晶粒度对浇注温度有较强的依赖性.     

残余应力对Super304H焊缝金属再热裂纹敏感性的影响

采用预压缩CT试样的方法研究了残余应力对Super304H奥氏体不锈钢焊缝金属再热裂纹敏感性的影响。通过ABAQUS模拟结合EBSD表征分析了不同残余应力下的焊缝金属的塑性应变分布和位错密度分布,并从残余应力诱导焊缝金属晶内析出相的方面解释了残余应力对焊缝金属再热裂纹敏感性的影响。结果表明：高预压缩载荷的CT试样具有更高的残余应力,更容易产生再热裂纹。随着残余应力的增加,焊缝金属拉伸试样的抗拉强度逐渐降低。焊缝金属CT试样靠近U型口的高残余应力区域具有更高的位错密度和更高比例的亚晶,促进了晶内小颗粒相的析出,使得晶内硬化更为严重,再热裂纹更容易产生。     

微量Ce元素对高铬高钴型马氏体耐热钢力学性能的影响

在不同条件下对X20Co高钴高铬型马氏体耐热钢进行热处理,用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪以及拉伸实验等手段进行表征,研究了微量Ce元素对其微观组织和力学性能的影响。结果表明,在X20Co钢的淬火过程中,添加质量分数为50×10^-6 Ce元素能促进M₆C型碳化物沿晶析出,阻碍晶界迁移,使奥氏体晶粒细化;在回火过程中能抑制M₂₃C₆型碳化物沿晶界聚集长大。同时,添加50×10^-6 Ce元素对X20Co高钴高铬型马氏体耐热钢的室温硬度、室温强度、高温瞬时拉伸强度没有显著的影响,但是使其室温韧性、塑性和高温塑性显著改善。     

用相场方法模拟镍的枝晶生长

采用相场模型,计算了纯镍的过冷溶液在凝固过程中的枝晶生长。在相场方程中,采用均匀网格的一般显示有限差分方法求解,通过数值模拟显示了枝晶的形貌,包括一次臂、二次臂,以及在枝晶生长过程中出现的“缩颈”现象。     

基于人工神经网络的微合金钢力学性能预报

用人工神经元方法分析微合金钢性能、组织成份及铁素体晶粒尺寸之间关系，对某种微合金钢的力学性能、各相的分数和铁素体的晶粒尺寸之间的关系进行了研究，并通过实验数据训练了一套BP网络．结果表明，该方法是用于组织性能预报的有效方法之一，误差可以控制在5％以内．