基于微观偏析统一模型及Thermo-Calc的三元合金凝固路径耦合计算

将合金凝固微观偏析统一模型推广到三元合金凝固微观偏析的预测,并提出了能够计算三元匀晶与共晶合金凝固路径的数值计算方法.实现了在源代码层次上与热力学计算软件Thermo-Calc及其数据库的耦合,以获取多元合金凝固路径计算所需的凝固热力学数据.通过Fe-40V-40Cr,Al-4.5Cu 1.0Si.Al 10Cu 2.5Mg和Al-1.49Si-0.64Mg(质量分数,%)等多元/多相合金在不同冷速下凝固路径的实例计算,以及与相应的凝固组织定量金相实验结果对比,验证了本文多元/多相凝固模型和算法的正确性.

真空感应熔炼用石墨坩埚对Ni_(47)Ti_(44)Nb_9形状记忆合金质量的影响

研究了三种不同种类的石墨坩埚进行真空感应熔炼Ni47Ti44Nb9形状记忆合金。一种是低密度的挤压石墨材料,另外两种是不同孔隙度和纯净度的等静压石墨材料,并且用纯Ni,Ti和Nb原材料进行Ni47Ti44Nb9形状记忆合金熔炼。采用低等级、低密度石墨坩埚进行熔炼,合金铸锭的碳含量会升高;选用高密度、高纯净度的石墨坩埚可以获得较好质量的合金铸锭。

基于两种热力学数据获取方法计算铝铜硅合金的凝固路径

基于两种热力学数据获取方法 (直接耦合Thermo-Calc相图计算法与调用拟合函数法)对Al-4Cu-6Si合金的凝固路径进行数值计算;为验证这两种方法的正确性,选取Al-15.05Cu-6.17Si合金进行凝固试验,并将试验结果与计算结果进行对比。结果表明:Al-4Cu-6Si合金的凝固路径分为三个阶段,即L+α→L+α+Si→L+α+θ+Si;耦合Thermo-Calc相图计算法计算得到的初生相、两相共晶、三相共晶的体积分数分别为50.813%,37.234%,11.953%,调用拟合函数法的计算结果分别为50.809%,38.000%,11.191%;两种方法的计算精度比较接近,但调用拟合函数法的计算效率更高,运行时间仅为直接耦合Thermo-Calc相图计算法的1.21%;Al-15.05Cu-6.17Si合金的凝固试验验证了采用这两种热力学数据获取方法进行凝固路径计算的正确性。

Al-Bi难混溶合金快速连续凝固的实验研究

采用 Al-(3．4—15)%Bi(质量分数)难混溶合金进行了快速连续凝固实验,研究了 Bi 含量和凝固速率对快速连续凝固组织的影响．结果表明,少量富 Bi 相粒子尺寸随着 Bi 含量的增加而增大,提高凝固速率有助于制备少量富 Bi 相粒子均匀分布的难混溶合金．通过分析富 Bi 粒子尺寸分布,发现沿试样轴向和径向方向粒子平均直径变化不大,试样表层处粒子尺寸较小．研究表明,快速连续凝固是制备均质难混溶合金的有效途径．

Al基难混溶合金快速定向凝固研究 Ⅱ.恒定磁场的影响

在自制的具有磁场作用的快速定向凝固装置上,考察了磁场对Al-Bi难混溶合金凝固组织的影响,并从理论上分析了磁场对难混溶合金液-液相变过程中液滴形核、空间运动和碰撞凝并的影响．结果表明,在磁场作用下液滴的运动速度以及由运动导致液滴间碰撞凝并的概率得到有效降低;随着磁场强度的增加,合金组织中富Bi粒子平均尺寸减小,分布更弥散．

Al基难混溶合金快速定向凝固研究 Ⅲ.第三组元的影响

对Al-Bi基难混溶合金添加第三组元Si和Cu,揭示了Si和Cu含量对Al-Bi合金快速定向凝固组织的影响．结果表明,添加Si或Cu均使凝固组织中的富Bi粒子尺寸增大;在相同的实验条件下。元素Si比Cu更易使富Bi相粗化．分析了第三组元对二元合金体系的自由能、两液相间界面能和液相粘度的改变及其对合金凝固过程的影响,加深了对三元难混溶合金凝固特征的认识．

火电厂锅炉水冷壁管的防腐防磨治理

火电厂锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损与炉膛火焰温度、燃煤的含硫量、烟气与灰粉颗粒的冲蚀密切相关。采用高速电弧喷涂技术,喷涂SCZ16合金,对燃煤含硫量高的锅炉水冷壁管进行表面处理获得了良好的效果,并在多个电厂中推广应用。

冒口保温条件对大型钢锭凝固过程影响的数值模拟

为了优化大型钢锭的浇注工艺,以铸造数值模拟软件为模拟平台,通过建立基于0,50,100,200,300和500mm不同的发热剂厚度的数学模型来研究冒口保温条件对175t大型钢锭凝固过程的影响。模拟结果表明:随着发热剂厚度的增加,钢锭最后凝固区域更易向冒口补缩,缩孔"V"形开口逐渐增大;发热剂加至一定厚度时,钢锭内部缩孔不再发生明显变化;300 mm是最佳的发热剂厚度。

半固态镁合金挤压铸造工艺模拟分析及优化

采用ProCAST软件,对半固态镁合金电机部件的挤压铸造过程进行模拟。分析了半固态挤压铸造的浇注速度(注射速度)、浇注温度和模具冷却条件等参数对半固态挤压铸造充型及凝固的影响。结果表明,浇注速度、浇注温度和冷却条件对半固态挤压铸造的充填和凝固有显著影响。通过优化,采用适当的浇注速度、浇注温度和冷却条件,可保证挤压铸造充型过程的平稳充填,减少卷气和缩松等缺陷。

Al基难混溶合金快速定向凝固研究 Ⅰ.固/液界面的影响

分析了难混溶合金凝固过程中作用在凝固界面前沿液滴上的力,建立了液滴与凝固界面相互作用行为的动力学判据．结合实验,探讨了固/液界面与液滴间相互作用对Al-Bi基难混溶合金凝固组织演变的影响．结果表明,在界面排斥和Marangoni力共同作用下。较小尺寸的富Bi液滴被凝固界面排斥并富积在凝固界面前沿．当凝固界面为枝晶/胞状晶时,临界尺寸的富Bi液滴与界面发生部分捕获,凝固后形成“蝌蚪”型的富Bi粒子;尺寸较小的富Bi液滴被捕获在枝晶/胞状晶间,凝固后富Bi粒子分布于晶界和三叉交角处．

Bi对Sn-3Ag-0.5Cu/Cu无铅钎焊接头剪切强度的影响

研究了Sn-3Ag-0.5Cu-xBi(x=0,1,3)/Cu钎焊接头在140和195℃时效过程中的剪切强度变化.结果表明:随着时效时间的增加,界面金属间化合物(IMC)层的厚度逐渐增加;140℃时效时,Sn-3Ag-0.5Cu接头的剪切强度随时效时间延长变化不大,Bi元素的添加提高了钎焊接头的剪切强度;195℃时效时,钎焊接头剪切强度均随时效时间延长而下降,Bi元素的添加对接头剪切强度的影响不明显.剪切断口分析表明:随着界面化合物层厚度的增加,断裂机制逐渐由韧性断裂变为脆性断裂,较高剪切强度对应于钎料基体的韧性断裂,而低剪切强度对应于钎料与界面化合物层之间的脆性断裂.

Al-Pb合金的快速定向凝固及其模拟

对Al-Pb合金开展了快速定向凝固实验,并根据实际凝固条件模拟计算了合金的组织演变过程.结果表明,当凝固速度不变时,Pb相粒子尺寸及其分布范围随Pb含量的增加而增大;当合金成分不变时,Pb相粒子尺寸及其分布范围随凝固速度的增加而减小.模拟结果与实验数据吻合较好,展现了快速定向凝固条件下Al-Pb合金的凝固组织形成过程.

影响铸铁凝固组织的隐形因素(Ⅰ)

铁液在高于某一温度时,有利于Fe3C生成;在低于某一温度时,不稳定,有自发分解为Fe和C的倾向。其临界温度Fe3C受化学成分及其它因素的影响。铸铁的遗传性包含结构信息保留、成分遗传效应和物性特征保存。更换炉料、多种炉料搭配使用、进行针对性处理、熔液过热等是改善不良遗传性的途径。在同一温度条件下,石墨在熔液、奥氏体和铁素体中的溶解度都比渗碳体的溶解度低;奥氏体-石墨共晶和共析反应温度也都高于奥氏体-渗碳体的共晶和共析反应温度。硅有利于石墨的析出,使Fe-Fe3C介稳定系向Fe-C稳定系转变。所有石墨化元素均降低介稳定共晶温度,而提高稳定共晶温度,并使两者间距扩大。凝固相图反映铸铁在实际条件下的温度-成分-组织关系,其特征界限可依熔化工艺、熔液处理、冷却速度的改变而移动。商业铸铁实际上都在非平衡冷却条件下按共生区概念依凝固相图进行凝固。在过冷条件下,即使是共晶或过共晶成分铸铁,其组织中也可能存在亚共晶枝晶(奥氏体)。

CAE技术在轴承座铸件冒口设计中的应用

基于铸造数值模拟技术,对冶金设备上的关键铸件—轴承座进行计算并对比分析了不同冒口设计下铸件的凝固过程。比较分析了不同冒口方案下铸件本体中缩孔倾向,优化了冒口方案,提高了工艺设计的可靠度。

汽车离合器压盘铸造数值模拟及工艺优化

在DISA线生产汽车离合器压盘铸件时,铸件出现了严重的缩孔缺陷,导致了产品报废。运用铸造模拟软件ProCAST对铸件充型和凝固过程进行模拟,分析缺陷产生的原因。根据模拟结果优化原始工艺,将原底注式浇注工艺改为阶梯式浇注,缩短补缩浇道的长度、加大补缩浇道截面和冒口的尺寸,同时在冒口颈附近设置补贴。对改进后的工艺再进行模拟,发现中间层浇道提前进浇,出现了严重的冲刷和裹气。对工艺再次进行优化,将中间层浇道向上倾斜并减小其截面,同时增大底层浇道的截面;将浇注温度降低至1350℃。采用二次改进后的工艺生产的铸件缩孔缺陷消除,铸件质量完好,成品率大幅度提升。

GGV30离合器压盘铸件残余应力研究

有限元模拟软件能否准确模拟出铸件的宏观缺陷与残余应力,热物性参数具有重要的作用。本文以某企业生产的牌号为GGV30的离合器压盘铸件为研究对象,利用ProCAST和JMatPro软件对其热物性参数进行计算。通过文献调研和实验对比,发现由JMatPro软件计算出的热物性参数更接近实际压盘铸件水平。随后将由JMatPro软件计算的热物性参数导入ProCAST软件中,并针对企业的原始浇注系统,采用ProCAST软件对压盘在4种不同浇注温度下进行铸造过程温度场、应力场的数值模拟,得到其温度场和残余应力的分布变化情况。研究表明,浇注温度对压盘不同区域温度场分布和冷却速度的影响不同,导致对不同区域残余应力的影响不同。浇注温度的提高有利于降低压盘小凸耳、内圈和部分盘面区域的残余应力,但影响效果相对较小;对于压盘大凸耳区域,随着浇注温度的提高,残余应力明显增大。

稳态磁场下合金凝固过程微观偏析行为研究进展

磁场通过改变合金凝固过程中的过冷度、固态扩散、枝晶粗化、熔体对流及枝晶生长形态等因素影响铸件微观偏析的形成,改变铸件的力学性能。本文评述了磁场下微观偏析研究进展,分析了在磁场作用下影响微观偏析形成的主要因素的变化规律,总结了磁场下合金凝固过程形核与枝晶生长、溶质分配行为变化规律,讨论了磁场下合金凝固过程中微观偏析的形成机理。在经典微观偏析模型的基础上,构建了磁场下微观偏析模型,预测磁场下微观偏析变化趋势,为磁控偏析技术的应用奠定理论基础。

中铝山西分公司热电分厂7^#锅炉水冷壁管腐蚀原因分析及对策

通过对中铝山西分公司热电分厂7^#锅炉水冷壁管烟气侧腐蚀现象、机理、原因的阐述分析，提出避免同类事故发生的措施，供运行调整，运行管理借鉴。

三元合金单相凝固路径的统一解析模型

基于合金枝晶凝固微观偏析统一模型,导出一种新的描述三元合金单相凝固路径的解析模型.该模型具有统一性,不仅可涵盖平衡、非平衡和准平衡3种极限凝固路径模式,而且可考虑任意凝固相的反扩散、冷速和枝晶几何形貌等因素的影响.通过对Al-1.0Cu-6.3Mg,Al-1.49Si-0.64Mg和Al-1.49Si-2.90Mg(质量分数,%)合金在不同凝固反扩散条件下凝固路径的实例计算,证明了本文三元合金单相凝固路径统一解析模型与算法的可行性.