镍基合金叶片凝固过程微观组织模拟及工艺优化研究

本文以真空熔模铸造Ｋ４１７镍基高温合金涡轮叶片为研究对象，用宏观传热、传质与微观形核、生长相统一的数学模型，描述了微观组织形成的动态过程。模型考虑了非均质形核的机理及影响因素，用ＣｅｌｕｌａｒＡｕｔｏｍａｔａ法对有效核心的分布作了统计描述，用枝晶尖端生长动力学模型研究了晶粒的生长及〈１００〉择优晶向对生长的影响，确立了由柱状晶到等轴晶转变的判据，并成功地对晶粒生长过程进行了计算机屏幕动态彩色显示。根据计算结果找出了影响叶片微观组织的主要工艺因素是浇注温度、型壳温度、填砂粒度和孕育剂粒度。根据最佳工艺参数组合，制定了优化工艺，用于实际生产后，基本消除了粗大晶粒、缩孔、缩松等缺陷，使叶片铸造合格率比原工艺提高了２２．８３％。     

Ti-Al合金精密铸件的疏松预测

应用铸造软件ViewCast模拟精密铸造Ti-46%Al合金叶片的充型与凝固过程,预测了疏松的形成,模拟结果与实验结果相吻合.通过分析凝固温度场、凝固收缩百分数并结合实验结果,对原浇注系统进行改进:摒除了原先的顶注及顶、底联合浇注的方式,只采用底注方式,有效克服了充型不平稳、易卷气的缺点;提高壳型预热温度、增大冒口尺寸,使铸件实现顺序凝固.改进后的模拟结果显示,铸件凝固顺序合理,疏松完全转移至凝固后的冒口中,保证了叶片的致密性.     

高锰钢组合辙叉心轨铸造工艺模拟与开发

模拟了高锰钢辙叉心轨的充型和凝固过程,确定了冒口尺寸.根据计算机模拟结果和辙叉心轨的几何形状的特殊性,确定了辙叉心轨的铸造工艺方案.采用平稳无气隙浇注系统,避免了在充型过程中气体和夹杂物的卷入.应用该工艺消除了缩孔、疏松、裂纹、晶粒粗大等铸造缺陷,成功开发了低成本高质量高锰钢辙叉心轨.     

稀土元素对低碳钢中奥氏体-铁素体相变动力学的影响EI北大核心CSCD

使用热膨胀仪等手段研究了稀土对Fe-C和Fe-C-Si-Mn低碳钢连续冷却过程奥氏体-铁素体相变温度和等温过程相变动力学的影响。结果表明,添加微量的RE元素可显著降低连续冷却过程中先共析铁素体相变的开始点温度。同时,添加微量稀土还能改变等温过程中的铁素体相变动力学:RE元素通过抑制碳扩散减缓了Fe-C-(RE)合金整个相变过程的相变速率;而对于Fe-C-Si-Mn合金,RE通过抑制C元素扩散和改变晶界能的双重作用,使其相变孕育期延长和相变初始阶段速率降低,但是提高了相变中后期的速率。     

大型船用曲轴曲拐的弯锻过程模拟与实验研究

通过测试大型船用曲轴曲拐S34MnV钢在高温不同应变速率下的应力-应变曲线,建立了该钢的本构关系模型．运用ABAQUS软件对该曲拐的弯锻过程进行了热力耦合模拟,得到了曲拐锻造过程的应力、应变和温度随时间的变化情况,分析了曲拐的金属流动机制,研究了曲拐典型位置的静水压力和表面拉／压应力的变化,模拟计并了锻造过程产生的“细腰”、裂纹、“喇叭口”等缺陷的位霞,并预测了曲拐的最终形状和尺寸．模拟结果与实验结果很好吻合．在此基础上提出了改进性意见,为锻造工艺参数的优化提供了依据．     

低碳钢在Ae3温度之上的形变诱导铁素体 (一种马氏体)的相变研究

通过对低碳钢Q235的单向压缩实验,研究了应变、应变速率和变形温度（高于奥氏体铁素体平衡转变温度Ae3）对形变诱导铁素体相变的影响．通过光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究了热变形试样的微观组织结构,利用纳米压痕仪测定了形变诱导铁素体和先共析铁素体的纳米压痕硬度和弹性模量．结果表明,形变诱导铁素体相变可以在Ae3温度之上发生且应变速率和应变越大,相变越容易．在名义应变ε=80％,应变速率ε=20s^-1的条件下形变诱导铁素体相变上限温度为945℃（Ae3＋98℃）．同时发现一个有趣的现象是,在870-920℃区间内变形时,随变形温度下降,应力上升;而在830-870℃区间变形时,随变形温度的下降,整体应力反而下降．与先共析铁素体X射线衍射峰比较,形变诱导铁素体X射线衍射峰明显向小角度方向漂移,形变诱导铁素体的纳米压痕硬度和弹性模量亦明显大于先共析铁素体．实验表明,这种形变诱导铁素体本质上是一种马氏体．     

大型铸钢支承辊电加热冒口工艺的计算机模拟

以大型铸钢支承辊为例,利用数值模拟方法对电渣热冒口工艺参数进行了全面研究,建立了凝固热传导、相变以及移动热源的数学模型,利用商品化软件包ProCAST求解,确定了电渣热冒口工艺参数对支承辊缩孔、疏松的影响,并制定了最佳工艺参数.模拟结果与大型铸钢支承辊的实际解剖结果相吻合.利用电渣热冒口模拟结果指导大型铸钢支承辊生产获得成功.结果表明,建立的数学模型可以用来指导大型铸件电渣热冒口的实际生产.     

厚断面高锰钢铸件凝固组织模拟与控制

采用元胞自动机与有限元相耦合的方法模拟厚断面高锰钢铸件凝固组织.对常规工艺与随流添加金属颗粒两种不同铸造工艺凝固组织进行模拟分析.分析浇注温度与形核质点密度对凝固组织的影响.结果表明增大金属液过热度,铸造组织粗大.普通砂型铸造高锰钢心轨铸件,平均冷却速度0.1℃/s,浇注温度为1 450℃时,形核质点密度接近2×107/m3.通过随流添加金属颗粒增加了形核质点,当形核质点密度达到5×107/m3时,高锰钢铸件晶粒细小,组织均匀.但形核质点密度增加到1×108/m3时,铸件将产生疏松缺陷.模拟结果与试验结果吻合较好.     

高速列车用富氩混合气体保护焊丝的研制

通过试验分析了富氩混合气体保护焊条件下焊丝中各元素含量对焊丝及焊缝金属性能的影响.结果表明:随着焊丝中C,Si,Mn含量的增加,焊丝及焊缝金属的强度均提高,焊缝金属的伸长率和冲击吸收功降低.考虑焊丝的制造工艺、使用性能以及CRH5高速列车转向架对焊接接头服役性能的要求,通过调整焊丝成分得到了符合CRH5高速列车使用要求的焊接接头性能.     

EFFECTS OF δ–FERRITE ON THE MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES IN A TUNGSTEN-ALLOYED 10%Cr ULTRA–SUPERCRITICAL STEEL

采用光学显微镜、扫描电镜和能谱分析研究了含W型10%Cr(质量分数)超超临界钢中δ--铁素体的组织形貌与微观结构. 结果表明, δ--铁素体的生成机理与奥氏体化加热温度密切相关. 当加热温度较低时, 极少量δ--铁素体在原奥氏体晶粒内部优先形核生长, 呈针状分布; 当加热温度较高时,δ--铁素体在原奥氏体晶界处形核, 快速生长, 呈多边形分布, 转变时发生溶质组元再分配. 两种形态的铁素体均明显降低了含W型10%Cr超超临界钢的冲击韧性, 但是, 针状δ--铁素体降低冲击韧性的幅度远大于多边形δ--铁素体;即使针状δ--铁素体的体积分数极少, 也会对钢的力学性能造成极大影响.