风电铸件球墨铸铁材料的发展现状与趋势

风电铸件球墨铸铁材料在风能行业中具有重要地位,其发展现状与趋势备受关注。球墨铸铁作为一种高强度、高韧性、耐腐蚀的材料,已经成为风电铸件的首选之一,其具有可铸性好、可加工性强以及良好的综合力学性能。影响风电铸件球墨铸铁材料性能的因素众多,本文总结了风电用球墨铸铁件的发展现状及生产中存在的主要问题,并着重分析了化学成分、微量元素和球化孕育法对风电用球墨铸铁材料组织与性能的影响,最后对风电用球墨铸铁件所面临的挑战与发展方向进行了展望。

固溶处理对挤压铸造Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金显微组织及硬度的影响

研究了固溶处理温度和固溶处理时间对挤压铸造Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金显微组织及硬度的影响。结果表明:固溶处理后合金的显微组织得到明显改善,硬度大幅度提高。随着固溶温度的增加,共晶Si相逐渐粒化,合金的布氏硬度值逐渐增加,当固溶温度为525℃时,共晶Si相形貌相对圆整,合金具有最大布氏硬度值;随着固溶时间的延长,合金显微组织中的共晶Si相发生熔断、粒化、粗化现象,合金的布氏硬度呈现先上升后下降的趋势,当固溶时间为6 h时,合金的布氏硬度达到最大值HB 124。试验得到的挤压铸造Al17.5Si4Cu0.5Mg0.1Mn合金的最佳固溶处理工艺为525℃,保温时间为6 h。

电磁搅拌对Al-5Ti-B中间合金组织及细化效果的影响

研究了电磁搅拌对Al-5Ti-B中间合金组织、成分及细化效果的影响,并在不同的温度下利用DSC对Al-5Ti-B中间合金及其细化后的纯铝的凝固和熔化过程进行了差热分析。分析了两组合金中Ti Al_3及Ti B_2的相变过程,并在此基础上提出可能的晶粒细化机理。结果表明:在浇注前对熔体施加电流为220 A的电磁搅拌10 min,可使熔体的洁净度大幅提升,并且使Al-5Ti-B中间合金的Ti B_2相均匀分布于Al基体上,在此工艺条件下制备的Al-5Ti-B中间合金可将纯铝晶粒细化至390μm左右。Al-5Ti-B中间合金以2℃/min凝固时发生了包晶反应;而Al-5Ti-B中间合金细化后的纯铝在相同温度下凝固时,没有发生包晶反应。合金熔体中的Ti浓度低于0.15%时,即使在平衡状态下凝固也不能发生包晶反应,即包晶反应由冷却速度和Ti浓度共同决定。

喷射成形空心射流流场模拟

为了提高喷射成形雾化质量,将圆柱形空心射流技术应用于喷射成形雾化过程中,针对出流口前方空心流场的结构进行了数值模拟,分别模拟了不同入口速度和不同出流工艺下空心射流流场的分布情况,并进行了实验验证.单相模拟结果表明,增大入口液体速度,可使回流区增大并且产生更低的负压,有利于金属液的出流;两相流模拟结果表明,采用中部空芯与大气连通能产生较好的空心射流,当空芯通入0.02MPa气流时,会使射流空心部分增大,这一结论与水流的实验结果基本一致.

原始Zernike矩边缘算子抗干扰性能

针对Zernike矩算子在边缘模糊、随机噪声存在情况下的检测性能进行了研究,以获得该算子的抗干扰性能.通过分析Zernike矩算子的各阶矩计算过程,得知将像素灰度与模板进行卷积便可获得Zernike矩,这样的计算有利于减小随机干扰的影响.利用人工合成的二值图像进行了边缘检测性能测试,结果表明,对于模糊噪声图像,由于边缘的过渡特征,Zernike矩算子检测具有一定精确性,但会在某种程度上存在边缘细化能力、定位精度下降的问题;而对于随机噪声图像,当最大值在40以内时,Zernike矩算子具有较强的抗噪能力;若随机噪声超出此范围,则检测效果急剧恶化.

限制式与非限制式结构雾化气体动力学分析

针对两种典型雾化结构:限制式和非限制式结构,对其各自的雾化气体流场进行了数值模拟.根据模拟结果,分析了两种结构雾化器气体流场的分布情况及轴线处各参数变化规律,并通过对比指出了两种结构气体行为的同异之处.结果表明:两种结构均能形成回流区,但回流区形貌不同,且限制式结构回流强度更高,回流区温度降低更明显;回流区的下方存在一个速度为0的滞止点,但滞止点并非气场中压力最大值点,压力最大值点在滞止点的下方区域,是射流中心主流的交汇点.在喷射过程中,雾化气流会以振荡形式运动,限制式结构气流振荡幅度较大,随喷射距离增加,气流的振荡减弱.

超高压作用下ZA27合金溶质Al的分布规律

ZA合金在凝固过程中存在偏析严重的特点,为了得到偏析少、组织均匀的ZA合金,通过对高压凝固ZA合金样品的分析,研究了超高压作用下溶质Al的分布规律和运动特征.试验结果表明,随着压力在1～5 GPa范围内的增加,溶质分布也经历了大块聚集状态→小块聚集状态→固溶于基体等3种状态.5 GPa时溶质Al分布接近于均匀,表明压力大大抑制了溶质偏析,其原因可通过溶质再分配、溶质扩散和粘度系数在超高压作用下的变化特征予以解释.

铸造铝合金时效过程模拟研究进展

为了增进对材料研究领域中计算机模拟技术发展动态的了解,深刻认识计算机模拟技术在金属材料加工过程研究领域的作用和重要性,针对铸造铝合金时效过程研究所使用模拟方法的发展及应用,从微观组织模拟、力学性能预测及电子理论研究三个方面进行了评述.微观组织模拟在实验无法触及的领域起着至关重要的作用,完善的相变动力学模型的建立是微观组织模拟的研究重点;时效合金力学性能计算的准确性依赖于强化机制、强化模型及相变动力学模型的完善;从电子层次上探索固态相变机理的电子理论研究方法也要依赖于计算机计算理论和方法的进一步发展;而多尺度、多方法结合的研究是未来模拟研究的主要发展方向.

挤压铸造对Al-Sr中间合金性能及变质效果的影响

本研究采用金相显微镜、X射线衍射(XRD)、能谱分析及扫描电镜(SEM)等技术,对重力铸造制坯后热挤压成Al-Sr中间合金线材与挤压铸造制坯后热挤压成Al-Sr中间合金线材中Al4Sr相的微观形貌、晶粒尺寸和断口形貌进行了对比分析。试验结果表明,挤压铸造制坯后热挤压成形Al-Sr中间合金线材中的Al4Sr相呈细小颗粒状,分布均匀,等效圆半径约为25.4μm,合金伸长率达到24.74%。塑性的提高使得中间合金线材易于加工成卷。同时,挤压铸造制坯后热挤压成形的Al-Sr中间合金线材具有较短的变质孕育期,变质效果良好。

冷却速率对C_(f)/Al复合材料组织及性能的影响

为了改善碳纤维增强铝基(C_(f)/Al)复合材料中由于碳纤维与基体间导热系数相差较大、容易在复合材料内部引起铸造缺陷的问题,采用超声振动结合顺序凝固的方法制备了连续C_(f)/Al复合材料,并详细分析了凝固方式对复合材料组织及性能的影响。建立并计算了连续C_(f)/Al复合材料的凝固模型,并对结果进行了比较。结果表明,当复合材料内部存在沿纤维轴向的温度梯度时,有利于改善复合材料中心部位产生缺陷的问题。随着冷却速率的提高,复合材料内部的缺陷位置会逐渐向远离冷却端偏移,复合材料的中心处的碳纤维周围的气孔缺陷也会随着冷却速率的提高逐渐减少直至消失。在沿纤维轴向冷却速率为5.42 K/s时,制备的C_(f)/Al复合材料比相同条件下自然冷却得到试样的强度提升了62.5%,这是因为碳纤维周围气孔缺陷的减少有利于复合材料性能的提高。

高速的9×9尺寸模板Zernike矩边缘算子

根据Zernike矩基本原理,提出了基于9×9模板尺寸的Zernike矩边缘算子。首先推导Zernike矩模板计算过程,然后计算出2个9×9模板,并选取二值图像和经过5次平滑的模糊图像为对象对新算子进行了测试。结果表明:对于理想的二值图像,新算子具有较强的边缘细化能力,且边缘检测精度也较高;而对于模糊图像,虽然新算子的边缘检测效果也较好,但应注意边缘图像表征与亚像素坐标数据间存在不一致的现象。最后,采用先粗后精定位思想,使新算子的运算速度大幅提高,耗时仅为0.19s。

基于3DAP及第一性原理的Al-Si-Cu-Mg合金团簇及沉淀演变

基于Three Dimensional Atom Probe（3DAP）以及First-Principles对Al-Si-Cu-Mg合金中团簇及后续沉淀的演变过程进行了研究。3DAP试验表明,Al-1.0Si-1.5Cu-0.5Mg合金时效0.25h后基体中主要存在点状的Si-Si团簇、Si-Mg团簇、Si-Mg-Cu团簇,与第一性原理计算所表明的以上各结构中溶质原子间结合较强的结果相符,同时由于大量Si原子的扩散聚集,导致Si-Cu团簇结构出现;时效0.25-2h后基体中Si、Mg、Cu原子继续聚集,点状的Si-Si、Si-Cu、Si-Mg团簇长大并向针状的Si-Mg-Cu团簇演变;时效2-4h后,Si、Mg、Cu原子继续聚集,促进针状Si-Mg-Cu结构长大的同时,部分大尺寸的Si-Mg-Cu结构逐渐向板条状的Q′相转变,同时富Cu结构出现。