专业方向融合背景下实验教学改革的思考——以材料成型及控制工程专业为例

基于专业方向(液态成型、模具设计与制造和材料连接)融合背景下,河北工业大学材料成型及控制工程专业方向融合过程中的实验教学课程存在问题,从专业实验教学理念构建、实验教学过程实施模式、实验指导人员能力提升及实验仪器(设备)管理与优化等方面进行了探讨,并通过组织由不同专业方向的本科生组成科研兴趣小组的形式,对实验教学内容设置与评价方式进行了初步探索,以期为专业方向融合背景下材料成型及控制工程专业的实验教学改革提供参考。

生产球铁磨球铁型覆砂层厚度的研究

铁型覆砂生产球墨铸铁磨球工艺中,覆砂层的厚度是一个重要的参数。利用华铸CAE软件,在固定磨球成分、铁型厚度、温度和覆砂层温度的前提下,对Φ120 mm磨球不同的浇注温度、覆砂层厚度进行了模拟,通过分析不同参数下不同覆砂层厚度的凝固温度梯度、温度曲线和缩孔、缩松倾向,得出生产Φ120 mm磨球时覆砂层厚度应选择3-8 mm,不宜超过9 mm,浇注温度不宜低于1 320℃。

钛合金髋关节铸造工艺CAD及模拟验证

设计了钛合金髋关节的金属型离心铸造工艺方案,并对其充型过程和凝固过程进行了数值模拟验证,得到了较合理的铸造工艺方案,实际浇注表明,工艺是合理的。首先针对钛合金髋关节的结构特点进行了分体模数计算,在此基础上,根据钛合金的铸造工艺特点进行了铸造工艺设计,即将钛合金髋关节分5个部分进行补缩,浇注速度要大,浇注时间要短,真空度要高,浇注温度大于等于1760℃。进行工艺优化后,数值模拟结果和实际浇注表明,设计可以满足要求。

专家系统及在铸造生产中的应用与展望

本文简要介绍了专家系统的构成及各部分的功能,专家系统的分类和开发语言的种类,同时介绍了国内外铸造专家系统的发展应用现状,并指出存在的问题和将来的发展方向。

汽车支架的计算机辅助铸造工艺设计及模拟优化

以某球铁板形铸件为研究对象,用DISA线垂直分型的浇注系统设计方法设计了铸件的浇注系统,运用均衡凝固理论设计了铸件冒口,用数值模拟方法对设计工艺进行了反复的对比优化,并实际浇注铸件进行了验证。研究表明:用均衡凝固理论设计冒口时,不能只局限于用几何结构来划分结构分体,还要根据壁厚差的情况才能划分出合理的结构体;底注式浇注系统并非总是最为平稳的浇注系统;用均衡凝固理论结合数值模拟方法优化了汽车支架的铸造工艺。

铸造CAE软件数据库研究综述

通过对美国的ProCAST、欧洲的ViewCast、华北工学院的CASTSoft、华中科技大学的InteCAST等典型软件的数据库进行分析比较,提出了铸造CAE软件数据库的评价标准,阐述了铸造CAE软件数据库的发展现状以及发展趋势。

加入Al-5Ti-B细化剂和Al-2Zr-Sc中间合金后铝锌镁合金的组织和拉伸性能

在单独或复合添加Al-2Zr-Sc中间合金和Al-5Ti-B细化剂的条件下对铝锌镁合金进行细化处理,研究了不同细化条件下铸态铝镁锌合金的显微组织和力学性能。结果表明:单独加入质量分数为0.4%的Al-2Zr-Sc中间合金或Al-5Ti-B细化剂都可以细化铝镁锌合金的晶粒,且加入Al-2Zr-Sc中间合金后有Al3(Sc,Zr)相析出,提高了合金的抗拉强度;复合添加质量分数均为0.2%的Al-2Zr-Sc中间合金和Al-5Ti-B细化剂后,晶粒的细化效果最优,相比于基体合金,平均晶粒尺寸减小了20μm,抗拉强度提高了32%,这主要是细晶强化和析出强化共同作用的结果;晶界处长杆状第二相的存在导致复合细化合金的伸长率比单独细化合金的低。

添加Al-5Ti-B和Al-2Zr-Er对铸态铝锌镁合金力学性能的影响

铝锌镁合金以其优异的力学性能广泛应用于航空、航天、交通运输等工业领域,而铝合金的细化一直是铝加工行业的研究重点.为细化晶粒并提高其力学性能,本文将传统细化剂Al-Ti-B与RE复合添加到铝锌镁合金中,借助于XRD、光学显微镜、扫描电镜、拉伸实验等测试方法研究了不同细化剂对Al7Zn2.4Mg合金组织及其力学性能的影响.试验结果表明,合金中加入Al-5Ti-B和Al-Zr-Er后细化效果明显,单独添加Al-Ti-B的细化效果最好,但仍有少部分的晶粒保留的树枝晶形态.随着Al-Ti-B和Al-Zr-Er添加量的增多,合金的晶粒发生明显变化,塑性也随之增加,其中,添加0.4wt.%Al-5Ti-B细化剂对合金的塑性影响最大,而抗拉强度呈先增大后减小的趋势,复合添加0.2wt.%Al-2Zr-Er和0.2wt.%Al-5Ti-B细化剂的合金晶粒圆整且未出现树枝晶,晶界析出物最少平均抗拉强度最高.Al-Ti-B和Al-Zr-Er均可细化铸态铝锌镁合金的晶粒,同时添加两种细化剂更有利于提高合金的综合力学性能.

铸造企业科技创新体系组织结构设计研究

论述了铸造企业技术中心对推动企业技术进步,提高企业核心竞争力的重要性。在分析铸造企业技术中心应具备的功能的基础上,设计了铸造企业技术中心的组织结构体系。

汽车支架的垂直分型铸造工艺的模拟优化

以某球铁板形铸件为研究对象,用DISA线垂直分型的浇注系统设计方法设计了铸件的浇注系统,用均衡凝固理论设计了铸件冒口,用数值模拟方法对设计工艺进行了反复的对比优化,并实际浇注铸件进行了验证。研究表明:①用均衡凝固理论设计冒口时,不能只局限于用几何结构来划分结构分体,还要根据壁厚差的情况才能划分出合理的结构体。②底注式浇注系统并非总是最为平稳的浇注系统,而这一点是传统经验设计方法很难意识到的;用数值模拟的方法就容易寻求合理的浇注方案。③均衡凝固理论结合数值模拟方法是有效的铸铁件工艺设计手段。

铸造企业生产组织与调度过程系统的重构研究

铸造企业生产流程的有效和通畅是影响铸件质量和成本的重要方面。本文分析了目前铸造企业的两种典型的计划管理系统两级计划调度系统方法和一级计划两级调度方法的管理特点,在此基础上,设计了一种将计划和调度集中统一的体系“一级计划一级调度方法”,形成一种控制力强,抗干扰能力强的铸造企业生产管理体系。

ATI 718Plus高温合金微观组织与性能研究进展

ATI 718Plus(以下简称718Plus)是一种基于IN718高温合金改进的时效强化型镍基变形高温合金,已广泛应用于航空发动机的热端零部件。合金最初以锻造态引入,随着航空航天领域对大型复杂零部件需求的提高,锻造态合金已不能满足实际要求,因此在锻造态合金的基础上通过提高Nb含量开发出了铸造718Plus合金,并对其微观组织、焊接性能和拉伸性能开展了研究。锻造态和铸造态合金的化学成分与成型工艺的差异导致其微观组织及性能不同,因此阐明两种合金微观组织与使役性能之间的内在联系具有重要意义。本文综述了近年来锻造态和铸造态718Plus合金的微观组织调控及性能研究进展,包括:元素含量与分布状态对合金微观组织的影响,热处理制度对γ′相及η相分布状态的影响,热变形工艺与合金微观组织的关系,并得到最优热加工参数,总结了服役环境对合金蠕变、疲劳、焊接及抗氧化性能的作用机制,最后分析了合金研究过程中存在的问题及发展趋势。

泡沫铝三明治板材的研究现状

闭孔泡沫铝是一种结构与功能一体化的多孔材料,具有轻质、高比强度和比刚度、能量吸收能力强等优点,但也存在着表层单层孔壁力学性能较差、表面粗糙度高以及耐腐蚀性差等不足。为了解决上述问题,研究人员设计并开发了泡沫铝三明治板材(AFS),其制备方法主要分为物理连接法和冶金连接法。传统物理连接法制备的AFS存在着界面结合强度低和耐候性较差等不足;粉末冶金和焊接法等冶金连接法所制备的板材实现了芯材与面板之间的冶金结合,极大地提升了板材的力学性能和服役寿命,但依然存在产品尺寸范围较小、工艺复杂、生产效率低、成本较高等不足。目前,针对AFS力学性能的研究主要集中在准静态和动态变形、失效模式、能量吸收能力等方面,研究表明其动静态力学性能主要受控于实体面板和泡沫铝芯层的性质、界面结合强度等。近年来有限元分析法逐渐得到了研究者们的青睐,但仍存在许多问题需要解决。本文结合国内外文献,概述了近年来AFS在制备技术、力学性能等方面的研究进展以及产业化应用前景,从实体面板与泡沫铝芯层的物理连接和冶金连接两个方面介绍了主要制备技术,讨论和总结了准静态和动态力学性能的主要影响因素与机理,分析了国内外应用现状并对应用前景进行了展望。

内部缺陷对闭孔泡沫铝压缩性能影响的有限元分析

泡沫铝是由铝或铝合金骨架及大量气泡构成的新型金属材料,其压缩性能在很大程度上受其内部缺陷及结构参数的影响.本文通过构建闭孔泡沫铝三维模型并应用Deform-3D软件对其准静态压缩变形过程进行数值模拟计算,讨论了结构参数及内部缺陷对其压缩性能的影响.实验结果显示:在准静态压缩过程中,随着孔隙率的增大闭孔泡沫铝的屈服平台应力逐渐减小;而在孔隙率相同的条件下,其平台应力随孔径的增大而减小;裂纹、大孔洞等缺陷会在一定程度上降低泡沫铝的力学性能,且应力一般集中在缺陷处.闭孔泡沫铝压缩过程中的变形主要以平行于加载方向的孔壁压缩变形为主,在胞壁的交界处应力相对集中,随着载荷的增加,这些交界处会发生塑性屈服或者断裂失效.

纯铝基闭孔泡沫再生铝回收率和力学性能的研究

利用氟盐作为覆盖剂,研究了氟盐的添加量对泡沫纯铝的回收率和泡沫再生铝力学性能的影响。结果表明:随覆盖剂含量的增加,闭孔泡沫纯铝的回收率呈先上升后下降的趋势,而泡沫再生铝的力学性能变化不大;与纯铝相比,泡沫再生铝的抗拉强度提高了100%,抗弯强度提高了100%以上,布氏硬度提高了50%以上。通过形貌观察和XRD分析,发现再生铝晶粒得到明显的细化,并形成了Al-Ti新相,这些现象对再生铝的力学性能起到细晶强化和第二相强化作用。

具有薄外壁的闭孔泡沫铝棒的弯曲行为

通过熔融发泡法制备了具有薄外壁的铝泡沫棒(aluminum foam bar,AFB)。通过悬臂梁弯曲实验和有限元模拟研究了跨度、直径和孔隙率对其弯曲变形行为的影响。采用高速摄像机记录了AFB的弯曲变形行为,并得到了载荷和位移之间的关系。基于三维有限元的X射线微断层扫描技术(Micro-CT)重建AFB,并进行了数值模拟。结果表明,跨度对破坏行为有重要影响,跨度的增加导致了能量吸收能力下降。此外,直径和相对密度的增加也使得峰值载荷提高。有限元模拟结果与实验结果相吻合,这说明孔壁在弯曲过程中由于不同类型的应力而失效。在失效过程中,裂纹遵循孔壁最薄弱的路径传播。

多孔镁合金的研究现状

简要介绍了多孔镁合金的特点及应用前景,同时重点介绍了多孔镁合金在国内外的研究现状,并指出了其在发展过程中存在的问题和未来的发展方向。

熔体发泡法制备闭孔泡沫铝的工艺研究进展

闭孔泡沫铝具有轻质、高比强度与比刚度、阻燃、吸能减震与隔音性能优良等特性,在交通、航空航天和建筑等领域具有广阔的应用前景。熔体发泡法是工业化应用最广泛的闭孔泡沫铝制备方法,但其所制备的泡沫铝仍然存在发泡过程中气泡稳定性较差且生产成本较高等问题。基于此,重点讨论了影响闭孔泡沫铝孔结构的主要工艺因素,总结了常用增粘剂、发泡剂的特点,分析了增粘、发泡和凝固工艺参数对闭孔泡沫铝孔径和孔隙率等的影响,最后对熔体发泡法制备闭孔泡沫铝的工艺进行了展望。

高Fe、Cr含量多相Ni3Al基高温合金组织与性能研究进展

Ni3Al基高温合金因其较高的承温能力、优异的高温抗氧化/耐蚀性、较低的密度及生产成本,拥有广阔的应用前景而受到了大量的关注。Ni3Al基高温合金进一步的推广应用迫切需要在确保可焊性的同时提高其热强性,在此背景下,本文首先简要阐述了在Ni3Al基高温合金的成分设计中,Fe、Cr组元的添加可有效改善Ni3Al基高温合金的相组成及焊接性能。针对可焊性优异的合金成分调整,进一步分析了一种高Fe、Cr元素添加Ni3Al基高温合金凝固过程的多相转变特征,对其在不同高温冷却、高温退火、长期时效工艺下的多相组织(γ’+γ两相、枝晶间β相、γ’包覆层等)演变规律进行了总结,并探讨了复杂组织变量(初生γ’相尺寸、β相形态、β内相演化、γ’包覆层宽化)对其蠕变行为的影响。最后,总结了多相Ni3Al基高温合金连接工艺的最新研究进展,并对多相Ni3Al基高温合金的进一步发展进行了展望。