钢铝复合铸造界面设计及组织调控

钢/铝复合结构融合了钢和铝合金各自的优点,在工业生产尤其是汽车制造中被广泛应用。为了提高钢/铝复合界面的结合强度,本研究提出利用拓扑优化将钢基体表面设计成多孔点阵结构,熔融铝合金流入多孔结构,与钢基体形成机械咬合和冶金结合相配合的双向互穿界面,增加界面结合强度。本文研究了铸造方式、孔隙率、浇注温度对钢/铝界面显微组织和力学性能的影响。结果表明,挤压铸造有助于熔融铝合金充入多孔结构,宏观上钢/铝界面处不存在缝隙。从微观形貌观察,随着孔隙率的增加,挤压铸造下钢/铝界面处的缝隙逐渐减小,剪切强度逐渐增加,当孔隙率为70%,浇注温度为730℃时,钢/铝界面处不存在缝隙且无冶金结合。对孔隙率70%的点阵结构进行改进后,当熔融铝合金的浇注温度为760℃时,钢/铝界面形成厚度为2μm的Al_(4.5)FeSi相金属间化合物,钢/铝界面剪切强度为118.1MPa。

镁合金熔液净化的研究现状

综述了目前镁合金在熔炼过程中的净化除杂方法,包括熔剂净化和非熔剂净化。非熔剂净化又包括吹气法、不锈钢丝网过滤法、稀土净化法、超声波净化法、电磁净化法和真空净化法等。各种净化方法各有利弊。在今后的研究中,开发高效、简洁的镁合金熔液净化方法将是未来的发展趋势。

基于CAE计算的铸钢件标准冒口设计

冒口设计是铸造工艺设计中的一项重要内容。铸造CAE软件能正确模拟铸件的凝固过程,使用它可以提高冒口设计的准确性,提高工艺出品率,简化设计过程,提高设计效率。基于凝固时间法和断面模数法,开发了基于铸造CAE的铸钢件冒口设计CAD软件,并对某皮带轮的毛坯铸件进行了工艺设计和浇注。实际生产结果表明,所设计的冒口可以满足补缩的要求,而又没有造成金属液的浪费,验证了该方法的正确性和可行性。

基于边界切网格的充型过程数值模拟技术研究

浸入边界法主要用于模拟存在复杂外形结构的曲面边界和处理各种动边界的流场问题,目前已广泛应用于计算水力学及空间飞行物的外围压力/速度场计算上。浸入边界法中的边界切网格技术对曲面边界具有很好的适应性,克服了有限差分网格在边界上采用锯齿形网格代替曲面的缺点,能适应具有任意复杂曲面的计算区域。本文基于边界切网格技术对L型铸件的铸造充型过程进行了数值模拟,并将模拟结果与水力模拟试验进行了对比,结果显示,模拟结果与实际充型过程吻合,说明采用边界切网格技术对铸造充型过程进行数值模拟是可行的。

热浸Al对Al-Si/38CrMo复合界面固−液成型组织与力学性能的影响

以38CrMo合金钢和Al-Si-Cu-Mg高强铸造铝合金为原料进行固−液复层铸造。在720℃下进行了5~20 min不同时间热浸镀纯Al、Al-Si合金实验,制备出界面冶金结合良好的钢/铝复层材料。研究热浸镀时间、热浸镀成分对钢/铝界面显微组织和力学性能的影响。结果表明:热浸镀纯Al时,界面金属间化合物为Fe_(2)Al_(5)和FeAl_(3);热浸镀Al-Si合金时,界面金属间化合物为Fe_(2)Al_(5)和Al_(8)Fe_(2)Si。热浸镀纯Al、Al-Si合金界面显微硬度最高分别为535.2 HV和580.6 HV,剪切强度最大分别为28.4 MPa和39.4 MPa。热浸镀时间相同时,热浸镀纯Al形成的金属间化合物层厚度大于热浸镀Al-Si合金形成的金属间化合物层厚度,主要原因是Si元素的存在降低了Fe、Al原子的扩散系数,阻碍了Fe、Al原子之间的扩散,使金属间化合物层的生长受到抑制。

基于STL文件的非均匀网格剖分技术研究

有限差分法广泛用于铸造过程中流场和温度场等的模拟,而对复杂模拟对象进行三维网格自动划分是十分重要的。在传统的网格剖分算法基础上,研究了非均匀剖分的步长自动确定算法,并开发了网格剖分前处理软件。对实际模型的应用研究表明,本算法可以根据铸件的壁厚、拐角等特征自动确定网格空间步长,节省网格剖分所需时间,减少人工参与网格划分的工作量,从而提高了网格剖分效率,为快速求解温度场等物理量奠定了基础。

基于CAE的铸钢补缩系统CAD软件开发

目前铸造企业广泛使用CAE软件,如何借助这一新的工具来提高工艺人员对冒口等补缩系统的设计能力是当前需要研究的问题之一。提出了基于CAE仿真软件设计铸钢件冒口的一种新方法,它能大大提高工艺人员设计的准确性,降低设计过程的复杂程度。

Nd含量对ZM6镁合金力学性能的影响

采用光学显微镜、拉伸试样机和布氏硬度机研究了Nd含量对ZM6镁合金力学性能的影响。结果表明,随Nd含量的增加,ZM6合金强度增加;在3.0%Nd含量达到最大值时,若继续增加Nd含量,该合金强度下降。

低压铸造充型工艺的国内研究现状

介绍了低压铸造充型的原理及其工艺特点。着重从气压式低压铸造充型,电磁低压铸造充型以及计算机模拟在低压铸造充型过程中的应用等三个方面论述了近年来低压铸造充型工艺在国内的研究现状。

铸造充型过程流场数值模拟现状及发展趋势

介绍铸造模拟过程的数理模型,从求解不可压缩流动的数值计算方法,两相流数值计算方法等方面,介绍铸造充型过程流场数值模拟研究现状。针对铸造充型过程的复杂性,应在数学建模、计算效率和计算精度等方面开展更为广泛的研究,以满足实际工程应用的需求。

铸造充型过程的数值模拟研究现状及发展

铸件充型过程计算机模拟仿真是铸造学科发展的前沿领域。分析了国内外铸造充型数值模拟的发展过程以及目前应用的最前沿数值模拟方法,论述了铸造充型模拟的数学模型、计算方法和实验验证方法,并提出了数值模拟现存的主要问题,阐述了充型过程数值模拟的发展趋势。

不锈钢电极材料在高温动态铝液中腐蚀机理研究

利用扫描电镜和能谱仪对不锈钢电极材料在高温动态铝液中腐蚀机理进行了实验研究。通过对腐蚀试样进行扫描组织观察和能谱成分分析,并结合铁铝相图,提出不锈钢电极材料在高温动态铝液的腐蚀机理:腐蚀过程主要以物理腐蚀和化学腐蚀相结合,腐蚀界面厚度较薄,大约5μm,这与常规的静态铁基铝液腐蚀的腐蚀界面厚度几百微米相差很大;并提出一个不锈钢电极动态铝液腐蚀模型。

充型过程的数值模拟技术

铸造充型过程的数值模拟技术是铸造领域的前沿技术。采用这些技术进行充型过程的数值模拟可以帮助人们更清楚地了解充型过程中金属液流动的自由表面和速度分布。介绍了充型过程数值模拟的发展过程、数学模型,探讨了充型过程的计算方法以及自由表面的处理,并指出了当前研究中存在的问题。

热处理工艺对双相不锈钢S32101焊接接头力学性能与微观组织的影响

采用E2209-15焊条对S32101双相不锈钢进行了对接式焊接,并对焊件进行了不同工艺的焊后处理,研究了焊后固溶处理对焊接接头低温冲击性能与微观组织的影响。研究结果表明:1050℃固溶处理铁素体含量最高,有良好的低温冲击韧性,冲击断口上韧窝小而密集,呈纤维网格状;焊后不固溶处理或固溶处理温度过低,焊缝区和热影响区会有富铬的有害沉淀相析出于晶界,主要成分是Cr2N,其周围为贫Cr的二次奥氏体,相界面不清晰,相比例失衡,降低了冲击韧性。1050℃固溶处理后有害相重新溶解到基体中,有害相被消除,相界面清晰。

铸造镁合金晶粒细化技术的研究进展

对铸造镁合金晶粒细化技术的研究现状进行了综述。重点分析了晶粒细化的方法和细化机理,指出其中存在的问题,并对今后的发展进行了展望。

直流电磁泵电磁铁磁场ANSYS数值模拟

利用ANSYS软件模拟了电磁泵电磁铁产生的三维磁场,仿真出电磁铁的磁力线分布情况,计算出磁隙间的磁感应强度大小,与实验所测的值相比较误差为1%,验证了模拟的正确性。并给出了电磁铁磁感应强度总量和分量的分布特征,实现了电磁铁磁场的可视化。

半固态A356铝合金流变压铸充填过程的数值模拟

建立了半固态A356铝合金浆料的表观粘度触变模型,模拟了米字型压铸件的流变充填过程,并进行了实际流变充填验证。验证性的流变压铸表明,所建立的表观粘度触变模型正确可行,可用来模拟半固态A356铝合金浆料的流变压铸充填过程。数值模拟还表明,压射比压、内浇道浆料的流动速度和浆料温度对半固态A356铝合金的流变压铸充填过程具有重要影响。较大的压射比压、内浇道浆料的流动速度和浆料温度有利于流变充填;流变压铸的内浇道尺寸对半固态A356铝合金的流变压铸充填过程具有重要影响,较大的内浇道尺寸有利于流变充填,对于米字型压铸件而言,合适的压铸工艺参数为:压射比压不小于30MPa,内浇道的流动速度不小于3.00m/s,浆料温度在595℃以上。

冷却速度对ZM5镁合金凝固组织与性能的影响

采用温度采集仪测定砂型(含20 mm厚的冷铁和10 mm厚的冷铁)、金属型(铜模和钢模)在镁合金凝固阶段的平均冷却速率,分析了冷却速度对ZM5镁合金铸态组织、相组成和力学性能的影响,以获得铸锭晶粒尺寸、抗拉强度、硬度与凝固冷却速度之间的影响关系。研究结果表明,在砂型Ⅲ区(含10 mm厚的冷铁)条件下,其冷却速度最慢,为2.94℃/s;在金属型铜模铸造条件下,其冷却速度最快,为7.88℃/s。ZM5镁合金其微观组织主要是α-Mg和第二相Mg_(17)Al_(12)。随着冷却速度的不断提高,镁合金晶粒明显细化,第二相分布更加弥散、均匀,合金的硬度、抗拉强度和伸长率也明显提高。

CrMn钢圆刀片淬火应力场ANSYS模拟

利用有限元分析软件ANSYS对CrMn钢圆刀片改进前后两种不同淬火工艺进行了模拟仿真,获得了较满意的应力场模拟结果,为工艺改进提供了有力的佐证,同时对其淬火工艺及后续消除残余应力工艺的制定都具有一定的参考价值和指导意义。

ZG20Mn5V铸造凝固过程温度场ANSYS模拟仿真

利用有限元分析软件ANSYS对ZG20Mn5V铸造凝固过程中的温度场进行模拟仿真,根据铸件的结构特征选用最恰当的分析方法,从而兼顾计算精度和计算时间,获得经过实验检验合格的温度场模拟结果,为预测ZG20Mn5V热裂纹的产生提供了温度场数据信息,为后续控制ZG20Mn5V热裂纹奠定工艺基础。