用Cellular Automaton模型方法模拟二元合金多晶粒枝晶生长

研究并针对CellularAutomaton凝固组织模拟方法的物理本质、数值计算方法以及在凝固微观组织模拟中的应用进行了探索。并利用CellularAutomaton凝固组织模拟方法,求解了Al4.5Cu等轴晶多个枝晶同时生长过程。模拟结果和试验结果吻合很好。

金属凝固过程中热动力学相场模型——枝晶过冷生长速度模型的推导

相场方程用于模拟枝晶生长,已有近20年的历史。现有的相场方程是直接通过Ginzburg-Landau方程导出的,虽然得到了广泛应用,但方程中各个变量物理意义并没有搞清,国内外研究者甚至都作了许多错误的解读。本文以固相率作为相场变量,在金属凝固热动力学基础理论上,给出了纯金属凝固过程中枝晶过冷生长速度模型及其推导过程。

金属凝固过程中热动力学相场模型——相场变量扩散模型的推导

相场方程用于模拟枝晶生长,已有近20年的历史。现有的相场方程是直接通过Ginzburg-Landau方程导出的,虽然得到了广泛应用,但方程中各个变量物理意义并没有搞清,国内外研究者甚至都作了许多错误的解读。本文以固相率作为相场变量,在坚实的热力学、传热学基础理论上,给出了金属凝固过程中科学严谨的相变量扩散模型及其推导过程。

Al-4.5Cu合金柱状晶的穗状晶生长形态及机理

利用自行研制的电磁泵驱动液流定向凝固装置 ,首次成功地发现了Al- 4.5Cu合金柱状晶的穗状晶生长区域并观察到其形态 .研究发现 :穗状晶生长区域位于液流速度v >4.5cm/s,柱状晶的生长速度R为 2 0～ 80 μm/s的局部范围内 .在该区域中 ,近胞状生长区域晶体呈典型穗状迎流生长 ;近枝晶生长区域晶体近垂直生长 。

用Cellular Automaton模型方法模拟二元合金枝晶生长

研究并针对CellularAutomaton凝固组织模拟方法模型的物理本质、数值计算方法以及在凝固微观组织模拟中的应用进行了探索。并利用CellularAutomaton凝固组织模拟方法,求解了Al-4.5%Cu等轴晶枝晶生长。

过冷工业纯铝枝晶生长的热动力学相场模拟

利用所建立的热动力学相场模型,在计算机上编制出三维组织凝固模拟程序,在统一的相场方程和温度场方程耦合下,实现了三维工业纯铝枝晶生长模拟,并给出了模拟结果。

Al-Cu合金凝固成分偏析模式及3D相场模拟

基于每个单元的溶质守恒,求解了合金凝固过程中溶质的扩散方程。考虑温度分布随时间变化,在绝热和高度过冷的液相中,对Al-Cu合金枝晶生长中液相和固相溶质的再分配进行了三维计算。在固定的笛卡尔网格上开发了数值算法以显式跟踪固/液界面,并进行了枝晶形貌演变模拟。

Al-4.5 Cu柱状晶的顺流生长

利用自行研制的电磁泵驱动液流定向凝固装置,在给定冷却条件下,系统地研究了液相流动对Al-4.5Cu合金柱状晶生长方向的影响。发现:低生长速度区,柱状晶以胞状生长方式顺流偏转;高生长速度区,柱状晶以枝晶方式生长,随液流速度由小增大,经历了等轴晶生长、迎流生长、近垂直生长及顺流生长四种变化。

Monte-carlo时间步长的求解与铸件截面组织模拟

研究了MonteCarlo时间步长的本质及其数值计算方法;导出了MonteCarlo时间步长与生长概率Pg、网格尺寸Δx、生长速度v的关系;并利用求解出的MonteCarlo时间步长,模拟了Al4.5%Cu合金凝固的微观组织。准确求解MonteCarlo时间步长,将金属凝固的宏观模型和微观模型结合起来,可以反映出液体金属中的实际温度、浓度动态分布情况,从而能够很好地模拟金属的凝固组织形成过程。

7050铝合金零件淬火过程中温度场及热应力场的模拟研究

综合考虑了7050铝合金材料热物性参数与力学性能参数的非线性问题,借助有限元软件ABAQUS对7050铝合金法兰盘零件进行了淬火过程中温度场、热应力场的计算机数值模拟,得到其冷却曲线与热应力分布情况。结果表明:7050铝合金零件淬火过程中表层金属承受拉应力,心部金属承受压应力的空间分布特征,且无论是拉应力还是压应力都在淬火开始不久出现峰值,至冷却结束时整个零件的应力状态趋于平衡,应力降低至最小值。

掺杂Fe^(3+)对高电压正极材料LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4结构和性能的影响

以Li2CO3、MnO2、NiO、FeC2O4·2H2O为原料,用高温固相法合成了尖晶石结构的LiNi0.5Mn1.5O4/LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4锂离子电池正极材料;并对合成的样品进行XRD、SEM及电化学性能测试。结果表明:引入Fe3+可以提高材料的结构稳定性,并且改善了材料的导电性,一定程度上减缓材料的容量衰减,LiNi0.5Mn1.45Fe0.05O4表现出较好的电化学性能,0.2C倍率下经20次充放电循环,未掺杂样品与掺杂样品的放电比容量分别为115.4mAh/g和120.1mAh/g,容量保持率由92.1%提高到96.5%。

熔炼工艺对C-Cr-Ni-Mo-Co系新型不锈钢夹杂物类型与元素偏析的影响

分别采用真空感应炉(VIM)和真空感应+电渣重熔+真空自耗(VIM+ESR+VAR)的熔炼方法制备了一种新型高强度不锈钢,并通过Aspex Explorer、电子探针、扫描电镜等手段对钢中夹杂物及偏析程度进行了研究。结果表明,VIM工艺熔炼的铸锭中夹杂物以Al_2O_3、Cl盐类为主,尺寸在0~20μm,并含有少量Al-Mg尖晶石与硫化物;VIM+ESR+VAR工艺熔炼的铸锭中夹杂物种类与前者相近,但其尺寸明显小于前者,尺寸为0~10μm,铸锭中并未发现Cl盐类夹杂物。两种工艺熔炼的铸锭中枝晶偏析规律较相似,Mo、Cr元素在枝晶间偏析,C元素在枝晶干偏析,VIM+ESR+VAR相对VIM工艺能够较好地改善铸锭的元素偏析程度。

混料工艺对固相法合成LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电化学性能的影响

以Li2CO3、MnO2、NiO为原料,用固相法合成了5V尖晶石结构的LiNi0.5Mn1.5O4正极材料;并对合成的样品进行XRD、SEM及电化学性能测试,研究不同混料工艺对固相法合成的高电压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4电化学性能的影响。结果表明:采用高速球磨混料方式易获得具有优异电化学性能的样品;球磨时间一定,随着球磨转速增加,合成样品的比容量呈先增加后减小的趋势;转速为350r/min时合成的LiNi0.5Mn1.5O4的电化学性能最佳,0.2C倍率下,首次放电比容量为125.3 mAh/g,100次充放电循环后放电比容量为118.7 mAh/g,容量保持率为94.7%。

阴极炭块浇铸工艺的优化研究

本文通过采用ANSYS软件模拟铝电解槽阴极炭块的不同预热温度,得到了炭块和钢棒的应力和温度分布情况。通过分析得出不同预热温度对阴极组的应力变化的影响规律,从而对阴极开裂现象和磷生铁浇铸工艺进行优化。

接口尺寸及形状对阴极炭块应力和温度的影响及数值模拟

随着铝电解技术的不断发展,铝电解过程中对阴极炭块寿命的要求越来越高,阴极炭块寿命的长短是铝电解的主要技术经济指标。本文通过研究阴极组中磷生铁的尺寸以及阴极炭块、钢棒和磷生铁三者接口处形状的改变对应力和温度的影响,提出了防止阴极炭块开裂的方法和思路。

CAE技术在盘体铸造工艺优化过程中的应用

以某厂的盘体铸件为研究对象,利用仿真软件ProCAST对其充型过程和凝固过程进行数值模拟,并预测缩孔和缩松的存在情况。根据数值模拟的结果对盘体铸件工艺方案进行相应的改进,显著降低了缩孔和缩松缺陷,并提高了产品质量。

ZQQTB磨球凝固过程数值模拟及工艺优化

针对Φ125mm ZQQTB中锰合金铸铁磨球的铸造工艺,利用华铸CAE模拟软件对磨球的浇注凝固过程中流动场和温度场进行数值模拟,预测了Φ125中锰合金铸铁磨球在铸造中可能产生的缺陷位置,并对磨球内部产生缩孔、缩松的原因进行了分析。通过增加上铁模及砂套,缩短内浇道尺寸等对浇注系统进行了修改和优化,并对浇冒系统优化前、后的铸造方案进行了温度场的数值模拟对比。结果表明,优化后的浇冒系统实现了顺序凝固,缩孔缺陷从磨球内部转移到了冒口内,模拟结果与实际浇注结果相符。

准铸态工艺对贝氏体铸铁组织和性能的影响

试验研究了一定合金成分下，打箱温度、冷却介质、保温方式和保温时间等工艺因素对铸铁组织和性能影响规律。结果表明，在ＭｎＳｉＣｕＣｒ低合金化处理条件下，利用铸件浇注后的高温打箱、余热淬火及贝氏体转变温度下充分保温的准铸态工艺，可使球铁和灰铸铁基体组织稳定转变为奥贝组织为主的复相组织，并使铸铁力学性能大幅度提高。

ZQCr2磨球凝固过程数值模拟及工艺优化

针对尺寸为100mm的ZQCr2低铬合金铸铁磨球的铸造工艺,利用华铸CAE软件对磨球的凝固过程进行了流动场和温度场的数值模拟,预测了100mm低铬合金铸铁磨球在铸造中可能产生的缺陷位置,并对磨球内部产生缩孔、缩松的原因进行了分析。通过增加上铁型及砂套,缩短内浇道尺寸等进行了修改和优化,并对浇冒系统优化前、后的铸造方案进行了温度场的数值模拟对比。结果表明,优化后的浇冒系统实现了顺序凝固,缩孔缺陷从磨球内部转移到了冒口内,模拟结果与实际浇注结果相符。

内势能熵对物质相变的作用

自20世纪90年代初相场法被引入金属枝晶生长以来,一直是人们研究的热点.在分子化合和晶体生长过程中,每一个分子、原子团,以及晶粒都包含着内势能.内势能又可以分为内压强-势能与体积-势能两种.内压强-势能向体积-势能的转换和恢复影响着矿物质的结晶和金属材料的枝晶生长,这是一个一直被人们忽略了的问题.本文论述了内势能及内势能熵在相变过程中的转换和计算方法及内势能熵方程的特性,并讨论了内势能熵在相场方程中的地位和作用.