基于Fluent熔池内部受力的数值分析

根据TIG焊熔池的实际情况,建立了定点热源作用下TIG熔池的二维轴对称数学模型。利用FLUENT软件及其UDF进行二次开发,同时考虑了相变潜热、材料热物理性参数随温度变化等问题,对熔池中的流场及温度场进行了数值模拟,分析了熔池内部所受到的浮力、Marangoni力、电磁力和电弧力等对其流场及温度场的影响规律,特别是针对Marangoni力和电磁力对熔池流动的影响情况进行了深入分析。结果表明,焊接电流和表面张力温度系数对熔池内部流动有着至关重要的影响,决定了TIG熔池的截面形貌。

搅拌摩擦加工制备铝基复合材料组织性能研究

采用搅拌摩擦加工法制备铝基SiC复合层,研究不同加工道次下SiC颗粒在复合层中的分布形态,并对复合层的组织形貌和显微硬度进行分析。结果表明:加工次数的增加,有利于复合层中SiC颗粒的均匀分布,经4道次搅拌摩擦加工后复合层中SiC颗粒分布均匀,基体金属组织中粗大Si相和枝晶完全消失,组织被明显细化。增强相SiC颗粒的加入使复合层显微硬度得到提高,4道次加工后搅拌摩擦中心区显微硬度最高值为71 HV,较基体金属(45HV)提高了26 HV,搅拌摩擦区的显微硬度平均值为68HV,为基体金属显微硬度(45HV)的1.5倍。

奥氏体不锈钢Cr17Mn6Ni4Cu2N铸坯壳层和心部的组织及热塑性

在奥氏体不锈钢Cr17Mn6Ni4Cu2N铸坯壳层和心部分别制取拉伸试样,并在Thermorestor-W型热/力模拟试验机上进行高温拉伸试验,研究了铸坯壳层和心部的热塑性及对应的微观组织。结果表明:随着试验温度的升高,壳层和心部试样的热塑性均先升后降,在1 250℃时达到最高;壳层的显微组织为细小的树枝晶,热塑性较高,变形时开裂位置位于铁素体树枝晶的枝干处;心部为胞状奥氏体上分布着网状δ铁素体,热塑性较差,变形时易在胞状奥氏体处产生裂纹;在热变形过程中,心部的胞状奥氏体比壳层的树枝晶更易产生裂纹,从而导致心部的热塑性较差。

超窄间隙焊剂带约束电弧电压及电流波形特征

为认清焊剂带约束电弧在超窄间隙中的作用,在放置焊剂带的I形坡口中进行熔化极电弧焊接试验.试验发现,坡口侧壁根部焊剂带裸露高度,控制着坡口侧壁的熔化高度;当裸露高度很小时,电弧的作用范围主要集中在坡口的底部,短路结束燃弧开始时弧长较长,在电压波形上表现为初始燃弧电压高,随后快速降低;电流波形反映出较高的短路电流峰值.结果表明,随裸露高度的增加,电弧作用范围从坡口底部向侧壁扩张,电弧长度缩短,瞬时燃弧电压降低,燃弧后电压下降速度变慢,甚至不再下降;同时反映出短路频率提高,短路电流峰值减小,瞬时短路出现几率增加.

微观组织对2A12铝合金熔焊接头力学性能的影响

采用TIG焊对2A12铝合金薄板进行焊接,并对接头的组织及力学性能相关性进行分析.金相观察发现焊缝及熔合区内晶粒粗大且不均匀,焊缝从边缘的柱状晶向中心的等轴晶过渡,熔合线附近出现粗细晶混杂分布.采用显微硬度及拉伸试验研究了焊接接头力学性能不均匀性.结果表明,硬度最小值处于焊缝的熔合区,拉伸试样亦断裂在该区,与组织分布相对应;对断口进行扫描电镜观察,采用电子探针对二次相进行成分分析.引起2A12铝合金焊接接头性能下降的主要原因是焊缝在冷却过程中由于偏析而生成的低熔点共晶θ相和S相.

脉冲MIG焊建模仿真分析及弧长控制

针对脉冲MIG焊过程中的电弧稳定性问题,建立基于尖端不稳定熔滴过渡理论的焊丝熔化动态电弧模型,并对焊接过程中的电弧电压、电弧长度及熔滴过渡尺寸进行仿真,得到与实际焊接相似的电弧电压波形,分析脉冲电流下熔滴过渡频率及影响电弧稳定性的因素,且进行弧长稳定控制的仿真研究,在此基础上运用快速原型技术建立铝合金脉冲MIG焊控制系统,采用电弧电压反馈对铝合金脉冲MIG焊过程进行送丝调节的弧长控制试验。研究表明:所建立的铝合金脉冲MIG焊焊丝熔化动态电弧模型很好反映了实际焊接过程,揭示出脉冲MIG焊焊接过程中熔滴过渡时间间隔具有一定的不确定性和电弧长度的不稳定性,通过电弧电压反馈控制可显著改善铝合金脉冲MIG焊过程电弧系统的稳定性。

Al/Zn比对Mg-Al系镁合金组织及力学性能的影响

用金相显微镜、电子万能试验机、显微硬度仪等研究不同Al、Zn含量及Al/Zn比对MB1变形镁合金组织及力学性能的影响。试验结果表明,当含Al量相同时,随Zn含量增加,(即随Al/Zn比减小)晶粒尺寸呈先减小后增大再减小趋势。含Al量为2%和8%时,随Al/Zn比减小,抗拉强度先增大后减少,而Al量为5%时,随Al/Zn比减小抗拉强度先减小后增大。当Al/Zn=2/5时,抗拉强度达最大值240MPa。含Al量为2%和5%时,随Al/Zn比减小,伸长率逐渐降低。当含Al量为8%时,随Al/Zn比减小,伸长率先下降后上升。当Al/Zn=1(2Al2Zn)时,伸长率达最大值7.175%。

废渣微晶玻璃析晶行为分析及热处理制度的优化

以镍渣及粉煤灰为主要原料,使用熔融法制备了复合渣微晶玻璃,渣的综合利用率达到62%,依据DSC曲线确定基础玻璃的热处理制度,并利用修正的JMA方程,对其进行了析晶动力学分析。借助极差分析、XRD、SEM等测试方法探讨了热处理制度对该系统微晶玻璃的影响。结果表明:复合渣微晶玻璃析晶活化能E=91.4 k J/mol,动力学参数k(Tp)=0.277,n=3.04,该微晶玻璃以体析晶的方式析晶且析晶能力较强,主晶相为普通辉石和透辉石;热处理制度对玻璃体系的微观组织结构及力学性能均有较大影响,且温度因素大于时间因素;经730℃保温1.5 h微晶化热处理后能获得晶粒细小均匀、力学性能良好的复合渣微晶玻璃。

工艺参数对固体自由成型工艺中陶瓷膏体挤出过程的影响

基于陶瓷膏体挤出的固体自由成型(SFF)技术是复杂陶瓷零件制造技术的重要发展方向,膏体挤出过程的控制对SFF陶瓷零件制作工艺至关重要。研究了挤出速度和挤出口尺寸对水基膏体挤出过程的影响,结果表明:挤出压力随挤出速度和挤出口长度的增加而增大,挤出体液相含量在速度较低时偏离初始值,发生了液相迁移现象;挤出压力图和液相迁移的发生存在一定的关系;在挤出速度为0.15mm/s,挤出头长度和直径分别为12～18mm和1mm的情况下,膏体挤出过程不发生液相迁移现象,可用于陶瓷零件的SFF制造工艺。

奥氏体不锈钢Cr15Mn9Cu2Ni1N连铸坯壳层的热塑性

为认识连铸坯壳层中热塑性的变化及其原因,从奥氏体不锈钢Cr15Mn9Cu2Ni1N连铸坯壳层不同深度区域及芯部制取小型试样,在热模拟试验机上进行高温拉伸试验.结果表明:变形温度高于1050℃时,表层试样断面收缩率较低,由表及里逐渐增加,在距壳层表面27 mm左右处达到最高;变形温度低于1050℃时,壳层各深度区域断面收缩率变化不大.除表层外,壳层的断面收缩率均高于芯部.结合铸坯各区域微观组织分析认为,由于高的冷却速度,壳层形成时液相不能全部以初始析出相为δ铁素体而后转变为奥氏体的方式凝固,而从枝晶间的剩余液相中直接析出奥氏体.这种凝固模式的改变在壳层表层最为严重,使得其热塑性有所降低;由于铸坯芯部为粗大的等轴晶,其热塑性低于壳层.

应变速率对铸态低镍奥氏体不锈钢热塑性的影响

通过高温拉伸试验研究了应变速率对Cr15Mn9Cu2NiN和Cr17Mn6Ni4Cu2N两种铸态奥氏体不锈钢热塑性的影响。结果表明:Cr15Mn9Cu2NiN钢的显微组织为单一奥氏体,而Cr17Mn6Ni4Cu2N钢中有残留δ铁素体分布在奥氏体晶界和晶粒内部;将应变速率由0.1s-1升高至10s-1后,变形时奥氏体晶界处增加的应力集中的作用与减少晶界滑移的作用相抵消,因此对Cr15Mn9Cu2NiN钢的热塑性无明显影响;但Cr17Mn6Ni4Cu2N钢的显微组织中存在较多的奥氏体/铁素体相界,这些相界在高应变速率时会变成位错源迅速产生大量的位错,从而提高奥氏体和铁素体强度,降低铁素体处的应力集中作用,使其断面收缩率提高10%以上。

触变成形AZ91D镁合金在NaCl溶液中的应力腐蚀行为研究

通过静载荷试验研究了触变成形AZ91D镁合金在NaCl溶液中的应力腐蚀行为。结果表明,随着载荷和NaCl浓度的增大,试样的断裂时间逐渐缩短,而当增大溶液的pH值时,断裂时间却相对延长。通过扫描电镜对断口的分析表明,在酸性NaCl溶液中,合金呈现出明显的沿晶断裂方式,在紧靠裂纹的前缘处,会形成类似于韧窝的空穴,断口由许多曲曲折折的小平面组成;而在碱性NaCl溶液中,由于断裂所需的时间长,使得试样断口有较大的塑性变形,断口边缘有许多撕裂的片状痕迹。触变成形AZ91D镁合金应力腐蚀过程主要分为钝化膜的破裂、点蚀、裂纹的萌生、裂纹扩展和断裂4个阶段。

浇注温度对锆基块体合金非晶形成能力和力学性能的影响

在水冷铜坩埚中采用铜模吸铸法以不同的浇注温度制备出四个一组直径3 mm的Zr55Al10Ni5Cu30合金试样,研究了浇注温度对锆基块体合金非晶形成能力、力学性能和组织的影响。研究结果表明,提高浇注温度可以增加锆基块体合金非晶形成能力和热稳定性;当铸造电压从7 kV提高至10 kV时,过冷液相区ΔTx和参数γ分别从73 K增至89 K,从0.413增至0.417;同时在一定温度范围内提高浇注温度可以提高锆基块体非晶合金的压缩断裂强度和轻微的降低塑性。当铸造电压升高至10 kV时,不但可以提高Zr55Al10Ni5Cu30合金试样的压缩断裂强度,同时提高其塑性,并对此原因进行了分析。

铝合金2024-M搅拌摩擦焊接头性能

通过轴向拉伸试验,研究了搅拌针旋转速度对铝合金2024-M接头力学性能的影响.结果表明,轴向拉伸断裂部位随搅拌针转速的变化而变化,高转速下接头组织中有大量块体颗粒被保留下来,降低了接头强度,断裂发生在焊核区;低转速下因轴肩与焊接材料间摩擦机制作用在接头成形中的比例减小,层间结合力减弱,接头断裂面呈现层状结构,焊核区又成为断裂的敏感部位;当焊接速度为20 mm/min时,搅拌针转速存在一个理想的焊接参数范畴,在这个焊接参数范畴内焊接的试样断裂通常发生在母材区,断裂面与拉伸轴成45°,属典型的剪切断裂.

7050铝合金表面氧化膜厚度对其搅拌摩擦焊焊接接头性能的影响

采用阳极氧化法在7050铝合金表面制备了两种厚度的氧化铝薄膜,再用搅拌摩擦焊对铝合金进行焊接,研究了表面氧化膜厚度对焊接接头性能的影响。结果表明,氧化膜厚度对焊接接头性能的影响与焊接参数密切相关,当氧化膜厚度为12.μm,焊速为50 mm·min^(-1),搅拌针转速为600～800 r·min^(-1)时,接头的抗拉强度十分接近表面为自然状态接头的,而当氧化膜厚度为44μm时,接头焊缝氧化物含量增多,接头强度与自然状态接头的强度相比大幅降低;氧化膜提高了焊核区的硬度,膜厚度为44μm时焊核区硬度最高达265 HV,最低约180 HV。

铝合金7050搅拌摩擦焊接头微观结构演化

利用透射电镜研究铝合金7050搅拌摩擦焊后各区微观结构演变。结果表明:热影响区位错开始滑移;热-力影响区位错发生交滑移或攀移,位错密度降低;焊核区晶内有少量位错。热影响区强化相严重粗化,热-力影响区强化相先固溶后重新析出,在晶内均匀分布,位错线成为强化相优先析出的核心;焊核区母材中固有的高温稳定相以及破碎的基体材料颗粒成为强化相优先析出的核心,强化相数量很少。

Al-Ti-B中间合金对AZ91D镁合金的晶粒细化工艺的研究

研究了不同工艺条件下Al-Ti-B中间合金对AZ91D镁合金的细化效应。结果表明,Al-Ti-B中间合金对AZ91D合金有良好的细化效果。当加入中间合金达到0.3%(质量分数),在750℃的浇注温度下保温30min后浇注时,AZ91D合金平均晶粒尺寸由422μm变为78μm,综合细化效果达到最好。

主要稀土元素对镁合金组织和性能的影响

介绍了几种常用镁合金,并说明了稀土元素加入到这些镁合金中,对其组织和性能的影响。讨论了Ce、Y、Nd、Sc等主要稀土元素在镁合金中细化晶粒、提高镁合金力学性能的机理。对稀土镁合金的应用和发展进行了评价和展望。

电塑性加工技术的研究与应用进展

综合评述了电塑性拉拔、电塑性轧制等电塑性加工技术的最新研究进展,论述了电塑性效应改善材料加工性能的机理,同时展望了该领域的发展趋势和应用前景。

半固态等温热处理对K4169合金组织和性能的影响

研究了等温热处理温度和保温时间等工艺参数对K4169高温合金半固态组织演变和力学性能的影响。结果表明,半固态等温热处理可以将K4169高温合金铸态组织中的枝晶转变为球形晶粒组织,在升温过程中晶界处部分γ相发生溶解,随着温度的升高,γ+γ′共晶相开始熔化,初生γ相在等温处理中逐渐演变为球状;等温温度越高,半固态重熔和初生γ相的演变过程越快,等温温度过高或保温时间过长,试样易发生变形且球形晶粒趋于长大;K4169高温合金半固态等温热处理时的最佳热处理工艺为加热温度1310℃左右,保温时间为90～120min,或加热温度1320℃左右,保温时间为45～60min;半固态等温热处理对合金压缩强度的影响与合金的组织形态有关,半固态K4169高温合金的硬度与铸态相比有所降低。