三维晶粒长大速率方程的大尺度Potts模型Monte Carlo仿真验证

采用Potts模型Monte Carlo方法对3种现存的三维个体晶粒长大速率拓扑依赖性方程进行了仿真验证.结果表明,Rivier速率方程认为晶粒体积变化率dVf/dt与晶粒面数,成线性关系,与仿真结果明显不符,不适用于描述三维晶粒长大过程的动力学.当晶粒面数f≥8时,Yu-Liu速率方程和MacPherson-Srolovitz速率方程均与仿真结果很好吻合,表明这两者均可以用来定量描述三维晶粒长大过程的动力学;当f<8时,这两个方程均与仿真结果有显著差异.     

1235铝合金均匀化退火晶粒长大动力学研究

用金相显微镜研究了1235铝合金不同时间均匀化退火后的显微组织。利用Beck方程描述了整个晶粒长大过程。结果表明:晶粒尺寸随退火时间的延长而长大,当退火时间达到3 h后,晶粒的长大逐渐停止,再结晶过程结束;获得了等温加热过程晶粒长大动力学方程,晶粒尺寸方程计算值与实测值的符合较好,表明基于该方程来预测不同退火时间后的晶粒尺寸是可靠的。     

三维晶粒长大速率方程的大尺度Ports模型Monte Carlo仿真验证

采用Potts模型Monte Carlo方法对3种现存的三维个体晶粒长大速率拓扑依赖性方程进行了仿真验证．结果表明,Rivier速率方程认为晶粒体积变化率dVf／dt与晶粒面数f成线性关系,与仿真结果明显不符,不适用于描述三维晶粒长大过程的动力学．当晶粒面数f≥8时,Yu—Liu速率方程和MacPherson-Srolovitz速率方程均与仿真结果很好吻合,表明这两者均可以用来定量描述三维晶粒长大过程的动力学;当f〈8时,这两个方程均与仿真结果有显著差异．     

真空脱碳过程的数学模拟研究

基于质量守恒和动量守恒,结合脱碳动力学条件建立了真空脱气（VD）过程中钢液流动和脱碳过程相耦合的数学模型,利用该模型可以对不同工艺条件下的VD脱碳过程进行模拟研究,模拟结果表明,VD脱碳过程主要是依靠钢液内部的CO气泡脱碳;Ar气泡脱碳以及钢液自由表面的脱碳贡献相对较小。     

镁合金激光焊接过程中气孔形成的原位观察和机理研究

通过自行设计的显微观察试验台对镁合金激光焊接过程中熔池内的气泡形成、长大过程进行原位观察,并采用SEM对形成的气孔的微观形貌和元素分布进行了观察检测,分析了熔池内气泡形成的机理过程,讨论了焊接速度和激光功率对气孔率的影响。结果表明:熔池内气泡形成长大主要分为三个阶段,分别是气泡形成阶段、气泡形核点增加阶段、气泡的聚合长大阶段。气孔的内外侧成分不同,内侧主要为Mg金属,而外侧为Mg O、Al2O3和Mg Al2O4等镁铝氧化物。焊接速度和激光功率都会对气孔率产生重要影响,其中气孔率随着焊接速度的提高而降低,随着激光功率的增加先升高后降低。     

薄层铜包钢线钢芯的再结晶晶粒长大规律研究

采用金相分析法研究了薄层铜包钢线钢芯在不同退火温度及保温时间下再结晶及晶粒长大的规律,并在此基础上,对其晶粒生长动力学方程进行了数学回归分析。结果表明:随铜包钢退火温度升高,薄层铜包钢线钢芯组织经历回复-再结晶-晶粒长大的过程,即晶粒尺寸在这一过程中均呈现增加的趋势;晶粒长大动力学方程符合Beck方程,基于Beck方程以及普遍适用性的长大动力学方程进行数值回归分析,计算出再结晶晶粒长大激活能为42.66k J/mol。     

气泡在铝熔体中运动特性的数值模拟研究

利用Fluent数值模拟软件,采用VOF技术进行气体与液体之间的界面追踪,通过引入源项处理泡沫铝发泡过程中发泡剂的分解,对液态铝熔体中单气泡、双气泡及气泡群的运动特性进行模拟计算,得到表面张力及熔体粘度对气泡运动特性的影响。结果表明,上、下分布的气泡升浮过程中容易合并成单个气泡,且气泡合并引起的剧烈扰动加剧了气泡的变形和破碎;水平并列的双气泡升浮过程中,形成的一对乃至两对流体漩涡会推离两个气泡,中心距越来越远。熔体粘度增大,气泡群逸出速度减慢,但同时气泡有充足的时间合并长大。表面张力增大,气泡不易变形,制备的泡沫铝气泡更为圆整。     

铝电解阳极气泡动力学及分布特性的低温电解实验研究

以河南某厂300 k A铝电解槽为原型,基于相似原理,按与原型1:4的几何比例设计和搭建大尺度低温电解实验平台,探讨和分析阳极底掌气泡的成核、长大、聚并、破碎及分离等动力学行为及分布特性规律。结果表明:阳极底掌成核点处首先主要产生尺寸极小且分布比较均匀的气泡,然后这些气泡在扩散和传质引起的生长及碰撞和"吞噬"引起的聚并过程中不断长大,最后在阳极底掌边缘发生一定的分离与破碎过程,同时还伴随着较强烈的液体局部循环扰动。阳极底掌气泡层内气泡的尺寸分布范围比较宽且形状差异较大,数量比较少的大尺寸及中等尺寸气泡的周围存在着数量比较多的小尺寸气泡。改变电流密度和阳极倾斜角均对上述气泡的相关动力学行为和尺寸分布特性有着重要的影响。     

立式离心铸造液态金属中气泡的长大规律

对立式离心力场下液态金属中的气泡长大过程进行了理论研究,推导出了气体原子向气泡中运动时的传质速度和扩散通量表达式.结果表明,气体原子向气泡中运动分为3个阶段,第一阶段气体原子从液态金属内部析出并向气泡表面迁移;第二阶段气体原子从溶解状态转变为吸附状态,并在吸附层中发生反应生成气体分子;第三阶段气体分子扩散进入气泡内.气体原子向气泡中运动时的传质速度和扩散通量均随着旋转角速度和离心半径的增加而减小.同时给出了当气泡内外压力相等时,气泡半径与旋转角速度和离心半径的定量关系式.     

不同均匀化退火时1235铝的晶粒长大动力学研究

研究了不同均匀化退火时1235铝晶粒长大过程。结果表明:退火温度不同,晶粒长大的速度就不同,当退火温度下降至440℃后,晶粒长大的速度有所下降。基于线性拟合求得了540、440℃下的晶粒生长动力学方程。求得了1235铝的晶粒长大激活能,其值为245.58kJ/(mol·K),它比纯铝的晶界自扩散激活能要高。金属中的杂质和合金元素对晶粒长大有阻碍作用,因而完成晶粒长大过程需要更大的驱动力。     

Stable pitting corrosion of stainless steel as diffusion-controlled dissolution process with a sharp moving electrode boundary

This paper is devoted to explanation and prediction of pit propagation or stable pit growth, governed by ion transport properties in electrolytic solutions. Therefore, we vigorously derive the (3D) mass conservation law for a body hosting a sharp metal/solution interface separating the solid electrode from liquid electrolyte. The model for stable pitting corrosion is completed by Fick’s law of diffusion, governing the behavior of the dissolved metal ions. There are only three model input values, which are directly accessible from experiments, namely the ion concentration in the solid metal, as well as the diffusion coefficient and the saturation concentration of the dissolved metal ions in the electrolyte. The partial differential equations describing stable pitting corrosion as diffusion-controlled dissolution process are solved for boundary conditions related to 1D pencil electrode tests as well as to 2D foil electrode tests. The mathematical solution functions (model predictions) are related to pit growth in terms of depth and width, and to electric current evolution. Such model predictions reasonably agree with corresponding experiments, which shows the relevance of the proposed approach. In the case of pits with lacy covers, the boundary conditions for the ionic flux probably depend on complex depassivation-repassivation phenomena. However, once the extent of perforation of the lacy cover is known, the entire pit propagation characteristics, in particular the pit shape, can be predicted by the proposed model, relating to a classical Stefan problem.     

硼酸盐熔体中内生气源发泡性能方程的发泡和消泡系数

建立了由分解反应产生的内生气源在熔渣中发泡过程方程,并给出了泡沫高度与时间的数学关系式,通过试验测定了碳酸盐分解产生的内生气源,在不同含量ＣａＯ和ＭｇＯ的Ｎａ２Ｂ４Ｏ７熔体发泡过程中泡沫高度的变化,应用试验数据确定了在不同条件下发泡过程方程中的生泡和消泡系数,并讨论了影响这两个系数的各种因素,温度,发泡剂的业度和种类及熔渣在分均影响发泡过程,发泡剂浓度对泡沫高度均影响明显,而对“大理石”而言,温度     

CALCULATION MODEL OF SURFACE TENSION FOR ALLOY MELTS

１ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｔｉｓｏｆｇｒｅａｔｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｓｕｒｆａｃｅｔｅｎｓｉｏｎｆｏｒａｌｏｙｍｅｌｔ．Ｍａｎｙｍｅｔａｌｕｒｇｙｐｈｅｎｏｍｅｎａ，ｓｕｃｈａｓＣＯｂｕｂｂｌｅｓｇｅｎｅｒａｔｉ...     

Ni基耐热合金凝固过程的元胞自动机方法模拟

以温度扩散方程、多组元的溶质扩散方程以及枝晶尖端生长的LGK模型为基础,建立了Ni基耐热合金凝固过程的元胞自动化模型。利用这个模型模拟了凝固过程中不同冷却速率上晶粒微观结构的演化。对模基表面与铸件内部的均匀形核、晶粒生长、扩散过程以及固／液晶面的曲率等对凝固过程中晶粒微观结构演化的影响分别进行了讨论。     

A Nonlinear Shallow-Water Model Combined with Gas Bubble Effect for Melt Flows and Interface Instability in Aluminum Reduction Cells

A nonlinear shallow-water model combined with the effect of anode gas bubbles was derived for the melt flows and interface instability in aluminum reduction cells. Both the electromagnetic forces and the drag forces between the bath and gas bubbles, as the main driven forces for the melt flows, were taken into account in this model. A comparative numerical study was carried out using both the model considering the bubble and the model without considering the bubble. The results show the effect of the bubble cannot be neglected in a fluid dynamics analysis for the aluminum reduction cell. The bath flow, induced by the motion of bubbles, presents a series of small eddies rather than large eddies as the metal flow pattern shows. The horizontal drag forces between the bath and the bubbles in the bath layer enlarge the deformation of the metal–bath interface, to some extent, but have a positive influence on stabilizing the metal–bath interface perturbations.     

生长速率对NiAl-7.8Mo亚共晶合金定向凝固组织及界面形态的影响

采用高温度梯度定向凝固装置制备了NiAl-7.8Mo亚共晶合金,系统研究了生长速率对合金凝固时界面形态、枝晶生长及初生相析出的影响.随生长速率的增大,固液界面依次呈现平、胞枝、枝的形貌转变,初生β相的一次枝晶间距λ1在胞晶生长阶段逐渐增大,而在枝晶生长阶段λ1又逐渐减小;二次枝晶间距λ2随生长速率的增加一直减小.初生β相的析出量随生长速率的增加而增加.分析结果表明:生长速率增加导致熔体过冷度增加,使得NiAl初生相形核率增加,最终导致初生β相的析出量随生长速率的增加而增加.     

基于改进元胞自动机方法的强制对流作用下三维枝晶生长的数值模拟

建立了一种改进的元胞自动机模型来模拟熔体对流条件下的二元合金三维枝晶的生长。模型中考虑了界面能各向异性和溶质扩散对固/液界面推移的影响,在同一套网格中耦合求解质量传输和液相流动方程,从而可以模拟溶质扩散和熔体对流之间的相互作用。使用该模型模拟了一定过冷度条件下,强制对流对Al-7%Si(质量分数,下同)合金三维枝晶生长形貌的影响。模拟结果表明,熔体强制对流导致迎流侧尖端溶质富集层减薄,枝晶生长出现了迎流生长现象。将模拟得到的溶质过饱和度与Oseen-Ivantsov解析解进行对比,当流速较大时两者吻合较好。同时模拟了三维和二维强制对流作用下枝晶生长形貌的演化,由于三维条件下对流使得熔体能够绕过垂直于对流方向的一次枝晶臂主干将溶质带到背流侧,而二维条件下只能绕过垂直方向一次臂的尖端,因此三维MCA模型能更准确地反映强制对流对枝晶生长的影响。     

等轴球晶凝固多相体系内热溶质对流、补缩流及晶粒运动的数值模拟Ⅰ.三相流模型

基于Eulerian-Eulerian方法和体积元平均技术，建立了模拟等轴球品凝固过程的液、固、气三相流模型．液、固两相处理成相互分离、相互扩散的介质，气相与液、固两相只存在热量及动量的相互作用，三相（凝固前）作为自由流体共享一个统一的压力场．分别求解三相的质量、动量、溶质、热焓守恒方程；相间的热量交换和摩擦拖拽以及液／固界面上的溶质再分配和凝固潜热释放，通过定义对应守恒方程的源项和交换项而加以考虑；另外，单独求解一个晶粒密度守恒方程．晶粒的形核生长（相变）也加以模型化并体现在对应的源项中，模型中所用的密度定义为溶质与温度的函数，因此可综合考虑热溶质对流、晶粒运动及凝固收缩所引起的补缩流动．凝固过程的体积收缩及补缩流动将体现在气／液自由表面的波动上．     

光谱诊断辅助水下湿法焊接等离子体成分计算

对水下湿法焊接等离子体成分的计算一直很少，文中通过搭建水下湿法焊接试验平台，对电弧光谱信息进行采集分析，根据诊断的结果及气泡成分的研究，确定了计算中所考虑的粒子. 在此基础上，通过对水下湿法焊接电弧等离子体的平衡方程的分析，基于质量作用定律，选择五种基本粒子，将其它粒子用这五种基本粒子表示，代入守恒方程组，在特定的压力和温度下计算了各个粒子的数密度，这种方法和传统的通过求解Saha方程等守恒方程组得到等离子体粒子数密度不同. 结果表明，不同温度区占据主要成分的粒子不同，对电弧等离子体产生的影响也不同，既可以为进一步研究水下湿法焊接电弧稳定性及焊接质量提供理论依据及基础，也可以和光谱信息结合进行温度计算及主要温度区间的粒子确定.     

On the optimum plunger acceleration law in the slow shot phase of pressure die casting machines

The objective of this paper is to analyse a plunger acceleration law that is expected to minimize air entrapment in the slow shot phase of pressure die casting in horizontal cold chambers, and thus to reduce porosity in manufactured parts. The study is carried out using results from an analytical model of the flow of molten metal in the shot sleeve, which is based on the shallow-water approximation, and whose predicted optimum acceleration parameters are in good agreement with available experimental results. The results for the surface profiles of the wave formed during plunger movement using plunger acceleration laws which are typically used in pressure die casting are compared with those corresponding to the proposed law. Some analytical predictions for the wave profiles and for the mass of trapped air are compared with numerical results obtained from a finite-element code, which solves momentum and mass conservation equations. The limiting values of the initial filling fraction required for appropriate operating conditions are determined for wide ranges of acceleration parameters and pouring hole locations.