单分散Al-4.5wt%Cu合金粒子的制备与凝固过程模拟

使用脉冲微孔喷射法制备了粒径可控的单分散Al-4.5wt%Cu液滴,对液滴凝固成的粒子进行分析表征。结果表明:该粒子具有粒径均一、高球形度、热履历一致的优点。随着粒径的增长,粒子的内部微观结构由胞状晶变为树枝晶。建立了粒子凝固过程的传热数值计算模型,分析了粒子下落中温度、温度梯度变化及冷却速率与粒子微观组织形貌的关系。在本实验条件下,310.0μm粒子内部凝固组织为胞状晶,冷却速率为771.71 K/s;485.1μm粒子内部凝固组织为树枝晶,冷却速率为382.40 K/s。

热挤压对快速凝固Al-Si-Fe-Cu-Mg合金显微组织及性能的影响

采用单辊旋淬法制备了快速凝固Al-20Si-5Fe-Cu-Mg合金,采用了SEM对其进行观察分析。结果表明,快速凝固能够极大细化Al-20Si-5Fe-Cu-Mg合金组织,抑制Si相及β-Fe相的析出长大,且组织的细化程度呈梯度分布。对快速凝固Al-20Si-5Fe-Cu-Mg合金进行了不同工艺参数的热挤压实验。结果表明,粉末包套热挤压工艺能够使快速凝固Al-20Si-5Fe-Cu-Mg带材合金致密化,当挤压温度为400℃、挤压比为1∶16时,合金获得了较优异的力学性能,其屈服强度和抗拉强度分别达到了456 MPa和805 MPa,压缩率为9.3%。

轻合金凝固技术专题评述

以轻合金代替传统的钢铁材料是汽车节能减排的重要途径之一,对提高车辆的续航里程和效率具有重要意义。航天器“为减轻每1 g重量奋斗”(卫星发射,节省1 kg重量将降低费用2万美元),因此轻量化也是航空航天装备发展的永恒主题。铝合金和镁合金具有低密度、高强度、良好的耐腐蚀性和成形性,广泛应用于汽车车身、火箭箭体、导弹壳体、飞机机翼等部件,其轻量化效果显著。高性能轻合金复杂构件常用的成形方式有低压铸造、压铸和挤压铸造等。在过去的几十年里,人们对合金的成分、工艺、微观组织和性能之间的关系开展了系统、深入的研究,极大地推动了铝、镁合金的发展和轻量化应用。但铝、镁等合金铸造工艺复杂、影响因素众多,易产生各种铸造缺陷,如何生产出结构复杂、性能优异的优质铸件仍是一个长期的挑战。

双辊薄带连铸凝固过程中柱状晶向等轴晶转变的广义稳定性判据

为促进柱状晶向等轴晶转变(CET)获得均匀的等轴晶,大多数有效的理论聚焦于生长而忽略了形核的影响。为此,构建耦合细化剂异质形核和枝晶生长的理论框架,采用考虑双辊薄带连铸(VTC)凝固过程中热力学驱动力(?G)和动力学能垒(Q)的广义稳定性(GS)新概念,研究CET位置、晶粒半径和力学性能。细化剂的加入,尤其是Al-5Ti-1B细化剂,通过增加形核的?G和生长的GS使晶粒半径细化到19μm,柱状枝晶的厚度增大到5~6 mm,同时提高强度和塑性。遵循高?G-高GS准则,细化剂直径优化为0.3μm。

抽拉速率对定向凝固柱晶DZ4125高温合金组织及偏析行为的影响

采用Bridgman定向凝固法制备了DZ4125定向凝固高温合金,研究抽拉速率对DZ4215合金显微组织及偏析行为的影响。结果表明,随着抽拉速率的增加,合金中一次和二次枝晶间距逐渐减小;γ'相尺寸逐渐减小,且形貌由不规则立方体状、蝴蝶状向规则立方体状转变;枝晶间γ'相尺寸和数量均高于枝晶干处的。碳化物和γ+γ'共晶组织主要分布于枝晶间区域,且随着抽拉速率的提高,碳化物形貌从骨架状逐渐向长条状、块状转变,分布更加弥散、均匀。在定向凝固DZ4125合金中,Co和W为正偏析元素,Al、Ti、Ta、Mo为负偏析元素。随着抽拉速率的增加,正偏析元素的偏析程度降低,负偏析元素的偏析程度增加。

金属半固态浆料非枝晶微观组织形成机制与表征

半固态技术自20世纪70年代由麻省理工学院开发以来,因其独特的优势而在全球范围内得到了广泛的研究。非枝晶组织的形成机理是半固态成形技术的基石,它决定了在特定条件下应采用哪些工艺来获得优质的半固态组织,对开发新工艺具有重要的指导作用。经过近半个世纪的发展,半固态浆料制备过程中非枝晶结构的形成机理已经发展出许多不同的观点。由此衍生了丰富的半固态浆料制备技术,大大促进了半固态领域的发展。为了进一步理解凝固过程中球晶的形成机制,对各种非枝晶组织的形成机制进行了梳理,基于制备原理将半固态制浆技术分为搅拌制备技术类和低过热度制备技术类,并对常见的几种技术的原理和应用进行了总结。半固态产品的性能在很大程度上取决于其微观组织结构,但半固态形态复杂,传统的二维表征手段对材料内部空间结构的理解可能存在误差。对半固态浆料的二维微观组织和三维显微组织表征技术进行总结分析,为理解金属半固态浆料的微观结构演变和微观组织与性能之间的关系提供了理论基础。

超声处理对Al-2Sn合金凝固组织及除气效果的影响

研究了超声处理对Al-2Sn合金凝固组织及除气的影响,除气效果用密度法来表征。结果表明,超声处理对铸锭凝固组织的细化和除气有极佳的效果。使用2000 W超声功率处理30 s的晶粒细化效果最好,铸锭断面组织主要为等轴晶;使用2000 W超声处理60 s具有最佳的除气效果,此时铸锭的密度和除气率最高,分别为2.7224 g/cm^(3)和67%。最后对高强超声的细化和除气机理也进行了分析。

基于L-M算法的铝合金铸造过程界面换热系数的反问题模型

铝合金铸造过程铸件-铸模之间的界面换热系数的变化非常复杂,且预测非常困难。本文基于L-M(Levenberg-Marquardt)算法建立了铝合金铸造过程传热反问题模型,通过反问题分析获得铝合金铸造过程中铸件-铸模界面换热系数。通过将铸件-铸模界面换热系数反演值与标准值进行比较,验证传热反问题模型的准确性。在此基础上,分析了铸模上测点位置(与铸件-铸模界面距离、相邻测点间距)和温度测量误差对铸件-铸模界面换热系数反演值的影响规律,并给出了最优的测点布置方案和温度测量误差要求。通过铝合金铸造实验,用该反问题模型能求解出铝合金凝固过程中的铸件-铸模界面换热系数。

相场法模拟强迫流场对Mg-Gd系合金中海藻晶及其晶型转变的影响

利用相场法模拟了强迫流场作用下Mg-15Gd(质量分数,%)合金中海藻晶生长机制及其晶型转变过程,并定量分析了流速变化对定向凝固过程中海藻晶向树枝晶转变的影响。结果表明:无流场作用下,在抽拉速度为50μm/s时枝晶尖端容易分裂形成海藻晶,而在抽拉速度为90μm/s时发生了海藻晶向树枝晶的转变;引入x方向强迫流场时,流速越大,枝晶向上游方向的生长倾角越大,枝晶尖端继续分裂未发生海藻晶向树枝晶的转变;而引入y方向强迫流场后,流速越大,枝晶生长速度越快、组织越细密,海藻晶向树枝晶的转变提前。

浅谈铸造企业污染现状与改善方法

为了改善铸造业大气污染现状、促进铸造业可持续发展、实现“绿色铸造”、提升我国铸造行业技术水平,本文以某精密铸造企业的绿色转型升级的具体状况为例,并对近年来铸造业的发展现状进行了深入探讨,通过分析熔模铸造产生的挥发性有机物与危险性大气污染物的来源、成分、控制技术以及铸造行业环保现状,找出影响“绿色铸造”的具体问题及原因。利用国内外对熔模铸造产生的挥发性有机物与危险性大气污染物控制技术方面的研究,结合某精密铸造企业的实践成果,基于我国熔模铸造技术水平的基本特征和环保设计的基本要求,提出采用纤维素添加剂,蛋白质胶型黏合剂,运用环境设计方法,引入创新型人才、创新设备等措施。有效减少了铸造过程中的废气污染,推动我国绿色铸造技术的发展。

蠕墨铸铁缸盖孤立热节区缩松缺陷分析及对策

随着商用车发动机功率和爆压增大,发动机缸盖承受的载荷愈来愈高,铸件材质从传统的HT300提升到RuT450,而复杂的产品结构和RuT450材料均使铸造工艺性变差。介绍某大马力发动机缸盖铸件在HWS静压造型线上一型两件立浇工艺条件下,针对RuT450材质及孤立热节区域缩松问题进行工艺研究与验证的情况,通过浇注系统的补缩改进、多种冷铁方案的应用、铁液蠕化率的管控等措施实施,有效解决了缸盖铸件喷油孔、导管孔、螺栓孔等孤立热节部位缩松问题。

35t钢锭下注1浇2模拟研究

根据35 t钢锭下注1浇2生产工艺,建立流动、传热和凝固过程多场耦合数学模型。分析充型过程中钢液的流动情况,凝固过程中的温度场及凝固顺序,预测钢锭疏松和缩孔的位置及尺寸。结果表明,该锭型设计合理,冒口补缩良好,满足锻造生产需要。

夹杂物诱发晶内针状铁素体及形核聚合的基础研究进展

采用氧化物冶金技术提高钢板的焊接热影响区韧性是当前钢铁冶金领域研究的热点。本文从夹杂物诱导晶内针状铁素体(Intragranular Acicular Ferrite,IAF)形核和复合夹杂物有效形核二方面,综述了容易诱发IAF的夹杂物、夹杂物间的晶体学关系、钢液凝固过程中IAF的形核机理以及复合夹杂物形核聚合的研究。这能为进一步明确氧化物冶金中有益夹杂物的形核和生长演变过程提供思路。

连铸坯中柱状晶比例对无取向电工钢组织和磁性能的影响

在高牌号无取向硅钢的连铸生产过程中不进行电磁搅拌,可以保留更多具有强{100}织构的柱状晶。对该铸坯进行热轧、常化、冷轧和再结晶退火,检测工艺过程中的组织和织构,测定其对应的磁性能。结果表明:提高连铸坯中柱状晶比例,可以提高成品中的{100}等有利织构的强度,铁损P1.5/50降低,综合磁性明显改善,而且表面不会产生瓦楞状缺陷。

高温合金定向凝固过程中枝晶生长与溶质对流数值模拟

目的针对高温合金叶片在定向凝固过程中容易出现雀斑缺陷,从而导致叶片报废的问题,对定向凝固枝晶生长与溶质对流进行模拟研究,以揭示雀斑缺陷的形成规律。方法针对CM247LC合金定向凝固过程,采用相场模型模拟凝固过程枝晶生长,采用格子Boltzmann模型模拟溶质浓度差引起的自然对流。采用基于双重网格的GPU并行算法对相场-格子Boltzmann模型进行数值求解。研究在不同晶体取向角度与取向差条件下的枝晶形貌、对流速度及溶质羽流的演变规律。结果当晶体取向角度不同时,在枝晶生长过程中,液相区域的平均对流速度均表现为周期性变化。当晶体取向角度较大时,随着晶体取向角度的变大,一次枝晶臂间距变大。当枝晶间存在晶体取向差时,溶质羽流倾向于在发散型晶界附近发起;随着晶体取向差的增大,溶质羽流发起时间提前。溶质羽流的形成阻碍了枝晶尖端及附近枝晶侧臂的生长。结论晶体取向角度对溶质羽流形成的影响较小,较大的晶体取向差对溶质羽流的形成有促进作用。

强制对流影响下Fe-C合金定向凝固微观组织的相场法研究

定向凝固技术能够获得特定柱状晶结构,对于优化合金轴向力学性能具有非常显著的效果.本文采用耦合流场的相场模型模拟了定向凝固过程中枝晶的生长过程,研究了各向异性系数、界面能对定向凝固枝晶生长的影响以及强制对流作用下枝晶的生长行为.数值求解过程中,选用基于均匀网格的有限差分方法对控制方程进行离散,实现了格子中标记点算法(MAC)和相场离散计算方法的联合求解.处理微观速度场和压力场耦合时,采用MAC算法求解Navier-Stokes方程和压力Poisson方程,采用交错网格法处理复杂的自由界面.结果表明:随着各向异性系数的增大,枝晶尖端生长速度增大,曲率半径减小,枝晶根部溶质浓度逐渐降低;随着界面能的增大,枝晶尖端曲率半径增大,当界面能为最大(0.6 J·m^(-2))时,凝固呈现平界面的凝固方式向前推进;强迫对流对定向凝固枝晶生长方向影响较大,上游方向定向凝固枝晶粗大且生长速度更快,其现象随流速的增大而愈加明显.

体育器材用铝合金的组织和气孔优化研究

采用高能超声法制备了体育器材用铝合金,研究了超声功率对铝合金的微观组织和气孔缺陷的影响。结果表明,高能超声细化了铝合金晶粒,使其密度变大,气孔减少。随着超声功率的增大,晶粒细化效果越明显,形状系数越大,晶粒越圆整,铝合金密度逐渐变大,气孔缺陷变少,铝合金拉伸性能更好。当超声功率从0增加到900W时,晶粒尺寸由63.4μm减小到43.2μm,形状系数由基体的0.41增加到0.72。当超声功率为900W时,抗拉强度和伸长率分别为200.5 MPa和4.36%,相比于未超声处理合金分别提高了31.1%和27.5%。此外,还研究了高能超声对晶粒细化和气孔缺陷减少的机理。

电磁搅拌作用下CoCrMo合金熔模铸件凝固细晶研究

目的研究电磁搅拌对CoCrMo合金熔模铸件晶粒尺寸的影响,解决熔模铸造CoCrMo合金铸件晶粒粗大的问题。方法将CoCrMo合金熔化后,在其凝固过程中分别施加不同工艺参数的电磁搅拌,并对其凝固后的组织进行表征分析。同时,采用有限元法对电磁搅拌在金属熔体中的电磁场和流场进行数值模拟。结果在不同的电磁搅拌参数下,CoCrMo合金铸件凝固组织出现了不同程度的细晶效果,浇道处的细晶效果优于铸件试棒处的。铸件试棒处的晶粒尺寸最小能控制在1mm以下,等轴晶率最高能提升至31%。数值模拟结果表明,在电磁搅拌过程中,铸件试棒的磁场、电流和洛伦兹力都呈周期性变化,铸件试棒内部的流速随搅拌时间的延长而增大,最后趋于稳定。结论电磁搅拌对CoCrMo合金的凝固组织产生了明显的细化效果,促进了柱状晶向等轴晶转变。电磁搅拌的时间越长,铸件凝固组织的细化效果越好,铸件厚大部位的细晶效果越显著。结合实验结果和数值模拟结果发现,在电磁搅拌过程中,熔体流动引发枝晶断裂是晶粒细化的主要原因,而电磁场促进异质形核为次要原因。

脉冲磁场对4N6纯铝凝固组织的影响

对4N6纯铝熔体施加脉冲磁场处理,通过调整熔体液面处的磁感应强度,分析脉冲磁场对4N6纯铝凝固组织的影响。结果表明,对4N6熔体进行脉冲磁场处理能够细化其凝固组织。凝固组织由全部的细长羽毛晶组织转变为部分晶粒细小圆润的等轴晶组织。随脉冲磁场的磁感应强度增加,4N6纯铝凝固组织中等轴晶比例增加,当磁感应强度为68mT时,等轴晶比例为89%.

低压铸造ZL114A铝合金微观组织模拟

在大最实验数据统计分析的基础上,建立了低压铸造ZL114A铝合金形核模型,得到了相关热力学、动力学参数.采用了一种改进的Celluar Automaton方法耦合有限差分法对合金的宏观凝固及微观组织演化过程进行了数值模拟.考虑了固/液界面的溶质再分布、微观固相分数、曲率以及各向异性因素.利用阶梯铸件研究了不同冷却速度下晶粒度、二次枝晶臂间距以及共晶组织含量的变化规律,并将模拟值与实验值进行了对比验证.