喷射成形锭材传热过程的数值模拟

通过把喷射沉积形状预测模型的计算结果实时传递到二维传热方程中 ,建立起喷射沉积锭材的计算机传热模型 ,可对不同工艺条件、不同时刻的沉积锭传热行为进行计算 ,可得到任何喷射工艺条件下、任何时刻沉积坯的温度分布及任何点的冷却曲线 .并得出以下结论 :沉积衬底预热有利于减少沉积坯初始阶段的不致密区 ;改变喷射沉积工艺时 ,沉积坯的温度分布随沉积坯形状的不同发生变化 .     

喷射成形工艺过程数值计算的研究进展

主要介绍了国内外目前对喷射成形过程中3个重要工艺环节(即雾化过程、金属熔滴沉积坯凝固时的热传输以及沉积坯形状控制)数值计算的研究进展,同时简介了喷射成形工艺流程,并对喷射成形数值计算以后的发展提出了一些观点.     

喷射成形管坯形状演变过程模拟

为了实现喷射成形管件的精确控制和深入理解喷射成形过程,建立了描述喷射成形管坯形状演化过程的数学物理模型,并对沉积坯上一点的生长速度进行了修正,使模型更符合实际情况.模拟结果表明:在喷射成形过程中,接收管水平移动速度、接收管外径和起始沉积距离等是喷射成形管坯形状和尺寸的重要参数,它们对管坯的形状演变将产生重要影响.稳定生长的管坯大致可分为3个区域,后部过渡区、直径均匀的中间区和前部过渡区.模拟结果与实验结果吻合得较好.     

喷射沉积坯体特征尺寸的神经网络模型建立与仿真

采用神经网络技术建立了沉积坯特征尺寸模型,该模型描述了喷射成形关键工艺参数对沉积坯尺寸的影响规律,模型输出的相对误差为6.58%,RMS(均方差)为0.372mm.模型的仿真结果给出了沉积坯尺寸的变化规律,其中稳态仿真结果可用于预先确定喷射实验中所采用的合适工艺参数;而动态仿真结果表明,雾化气体压力和沉积器平移速度对沉积坯几何尺寸都有较大影响,其中沉积器平移速度具有调节范围大的优点,成为调节沉积坯几何尺寸较合适的工艺参数.     

快速凝固AlFeX耐热铝合金喷射沉积坯锻造成型工艺试验研究

喷射沉积AlFeVSi合金锭坯需要采用高温（450℃）锻压来实现致密化．通过沿不同取向锻压试验了解了喷射沉积坯及其压实坯的变形能力和锻造损伤情况，采用钢包套锻造工艺制备了完全致密化的喷射沉积Al-9．20Fe-1．37V-2．30Si合金锻件．通过金相、透射电镜、扫描电镜、力学性能检测等研究手段研究了锻造变形对喷射沉积A1FeVSi合金锻坯组织性能的影响．结果表明，喷射沉积AlFeVSi合金坯可以通过锻压变形实现致密化，达到冶金结合状态．喷射沉积AlFeVSi合金压实坯锻造道次压下率可以确定为20—40％，锻造加载方向最好是垂直于喷射沉积原坯沉积面，且需增加可塑性包套来限制侧表面的自由变形．采用钢包套自由锻造工艺可以在累积78％的压缩变形率条件下制备具有良好组织性能的锻造制品．     

喷射成形工模具钢沉积坯中冶金缺陷计算分析及其消除

用有限元方法计算分析了喷射成形工模具钢沉积坯内部疏松等冶金缺陷的成因,并计算、验证了热等静压或锻轧等热加工消除内部缺陷的过程。研究表明,喷射成形工模具钢沉积坯粥状层补缩不足和冷却收缩产生的热应力是造成坯体中疏松等冶金缺陷的重要原因。热等静压采用的温度为1 170 ℃,锻造加工温度也能达到1 150 ℃,在这样温度下,工模具钢表现出一定的塑性,高温高压的热加工过程,对材料内部的冶金缺陷起到了一定的弥和作用。试验结果表明,经历热加工过程后的工模具钢内部的冶金缺陷明显减少。热等静压或锻轧等热加工可有效减少喷射成形工模具钢坯体内部的疏松等缺陷,热锻、热轧是消除沉积坯内部冶金缺陷的重要方法。另外,与Ar气相比,采用N2做雾化气体的喷射成形工模具钢沉积坯,由于高温下气体和合金元素的反应,沉积坯内部的含气式疏松很少。因此,采用N2喷射成形制备的工模具钢经热加工后,沉积坯密度更接近理论密度。     

喷射沉积成形过程的优化控制——Ⅰ.沉积坯件几何形状的控制(近终型成形)

雾化喷射沉积成形技术的发展已经开始由实验室进入工业化应用阶段,如何实现过程的优化控制,使喷射沉积成形成为具有重复性的可靠过程,已经成为实用化过程的关键问题之一。重点讨论雾化喷射沉积成形过程中沉积坯件几何形状控制的基本原理及其应用,这是实现喷射沉积成形近终型成形优化控制的基础。     

喷射沉积成形过程的优化控制

雾化喷射沉积成形技术的发展已经开始由实验室进入工业化应用阶段,如何实现过程的优化控制,使喷射沉只成形成为具有重复性的可靠过程,已经成为实用化过程的关键问题之一。重点讨论才化喷射沉积成形过程中沉积坯件几何形状控制的基本原理及其应用,这是实现喷射沉积成形近终型成形优化控制的基础。     

喷射成形工艺参数对沉积坯质量的影响

影响喷射成形沉积坯质量的参数众多,除材料本身特性参数外,制备工艺是决定沉积坯质量优劣的关键参数。本实验主要从沉积坯的外形、孔隙率、微观组织三个方面研究喷射成形过热度、雾化压力两个关键工艺参数对M3型高速钢沉积坯质量的影响规律。研究结果表明:过热度和雾化压力对沉积坯外形、孔隙率及微观组织的影响显著。过热度降低或雾化压力提高,沉积坯组织都将得到细化。过热度增大,沉积坯底部孔隙率降低,而边缘、表面、心部区域孔隙率先减小后增大。雾化压力提高,沉积坯底部、边缘、表面区域的孔隙率增大,而心部区域孔隙率先减小后增大。在过热度为160～180℃,雾化压力为0.45～0.50 MPa的条件下,单喷嘴雾化系统可获得外形优良、心部孔隙率低于4%、组织均匀细小的M3型高速钢沉积坯。     

喷射成形高合金化材料沉积坯内部疏松成因分析与改善

本文主要研究了大尺寸喷射成形高合金化材料高温合金沉积坯内部疏松成因及其改善工艺。研究认为,高温合金沉积坯中最后凝固部位液相金属补缩不足和断裂应变低是产生疏松的必要条件,而沉积坯的局部收缩变形产生的热应力是造成疏松的重要原因。通过有限元计算,提出一种热控喷射成形工艺,并得到试验验证。该工艺有效减少了坯体内部的疏松等冶金缺陷,改善了沉积坯的质量。     

Modeling the shape of flat deposits during spray forming using a scanning gas atomizer

A three‐dimensional shape model, tracing the coordinates of the moving surface of a growing flat deposit spray‐formed using a scanning gas atomizer, has been developed in this study. Mass flux distributions in the spray cones generated by the scanning atomizer under a typical spray forming condition have been revealed for the shape modeling. Geometrical evolution of flat deposits in spray forming has been investigated based on analysis of the scanning mechanism of the atomizer. The influence of processing conditions on the shape and dimensions of flat deposits have been simulated and discussed. Finally, the shape modeling has been validated by experimental investigations.     

Modeling of Heat Transfer and Solidification Process of Spray Formed Billet

［1］X.Liang and E.J.Lavernia: Metall. and Mater. Trans. A, 1994, 25A, 2341. ［2］Paul Acquaviva, Chen-An Chen, Jung-Hoon Chun and Teichi Ando: Proc. of the ASME Mater. Division,1995, 857. ［3］R.Thomas, M.Ganesa-Pillai, P.B.Aswath, K.L.Lawrence and A.Haji-Sheikh: Metall. Mater. Trans. A, 1998, 29A, 1485. ［4］Chengsong CUI: Ph.D. Thesis, Harbin Institute of Technology, 1995. (in Chinese) ［5］Fuyang CAO and Chengsong CUI: The Chinese J. of Nonferrous Metals, 1999, 9(2), 213.     

精密喷射成形用的可加工锆英石/氮化硼底模

为使喷射成型沉积坯底部有模具钢的表面形貌,需要制备上表面有翻制形貌的陶瓷底模.采用硅溶胶预包覆处理的锆英石/氮化硼粉为原料,以硅溶胶为粘结剂,经100 MPa湿压成型、800℃煅烧3 h后,制备了锆英石/氮化硼陶瓷底模.结果表明:底模具有很好的抗热震性和对高钒钢的高温抗侵蚀性;线收缩率为2.5%(1400℃,3 h),...     

双扫描雾化喷射成形工艺过程优化控制研究

本文采用“反推法”研究了雾化沉积工艺中关键参数的确定原则，并推导了双喷扫描过程中沉积平面上任意一点处金属质量流率与时间的关系。文中采用优化后的工艺参数进行了数学计算，并通过雾化沉积实验对计算结果进行了验证，对比结果证明采用“反推法”确定沉积工艺参数具有很高的计算效率和准确性，同时该结果可推广应用于任意数目喷嘴的雾化沉积工艺。     

铝合金双层杯件冷挤压成形工艺模拟研究

针对铝合金双层杯件的结构特点,提出了闭式冷挤压成形工艺方案,并研究了不同坯料形状对成形过程的影响.采用有限元模拟软件对双层杯件成形过程进行了数值模拟,比较分析了不同坯料对变形过程中的金属流动、应变以及载荷曲线等的影响,预测了该双层杯件成形过程中的缺陷及产生原因,得出了最优成形工艺方案,可获得高质量、高精度的锻件,实现近...     

Modeling of the Shape Forming of Composite Roll

1. IntroductionSpray forming is a novel rapid solidification technology capable of manufacturing high quality roll ina single integrated operation. During spray formingprocess, alloy melt is atomized by high-speed gas jetsto form a spray of fine droplets. These droplets arecooled rapidly and sprayed onto a substrate bar in asemisolid state, resulting in a near-net-shape roller.Compared with conventional technologies (e.g., I/Mmethods), this advanced technology has a great dealof advalltages o…     

空心管坯软接触电磁连铸技术研究

提出空心管坯软接触电磁连铸方法,以Sn-3.5%Pb合金为模拟金属,采用激光实测的方法研究了不同电源功率下弯月面形状,并进行了空心管坯软接触电磁连铸实验.研究表明:施加中频电磁场,管坯型腔内熔体形成具有一定高度的悬浮液柱;功率增加,弯月面隆起高度增加,金属熔体与外结晶器之间的接触角增大,接触点位置降低,对金属熔体与内结晶器之间的接触角影响不大,与内结晶器的接触点上升;与普通连铸空心管坯相比,软接触电磁连铸空心管坯的表面质量光洁,凝固组织得到显著细化.