合金凝固传热、传质和液相流动的数值模拟及宏观偏析的预测

将合金铸锭凝固过程中的液相区、凝固区和固相区均视为一种连续介质,建立了适用于描述金属合金凝固传输现象的统一数学模型。对Al-4.5％Cu铸锭凝固过程中的温度场、流场和宏观成分分布进行了数值模拟,并进行了实验验证。     

采用温度回升法对任意结晶区间的铸件凝固结晶潜热的数值计算

铸件凝固结晶潜热的释放行为与凝固传热、溶质传输及铸造合金种类与成分等诸多因素有关，合金凝固过程中其温度、固相体积分数与液相成分(T-fs—CL)三者之间一般存在着非线性强耦合关系．采用合金凝固传输统一模型及温度回升(补偿)法提出的处理任意结晶温度区间(包括零结晶区间)凝固潜热释放问题的数值迭代计算方法，对不同合金成分与不同固相反扩散效应的二维Al—Cu合金铸件定向凝固传输过程进行了数值计算，表明该方法对于从纯金属到共晶成分的不同成分合金及从Scheil模型到Lever-Rule模型之间的任意凝固模式均是有效的．将该方法推广应用于叶片铸件三维凝固传输过程的T-fs—CL耦合数值模拟仍显示出高的计算效率．通过对计算结果进行的三维图像数据处理，展示了铸件几何形状对凝固传输行为的重要影响．     

变速生长条件下Al－Cu合金的定向凝固枝晶组织

应用改进的定向凝固装置研究了Ａｌ－２ｗｔ－％Ｃｕ和Ａｌ－４ｗｔ－％Ｃｕ合金在阶跃和不同加速度线性变速生长条件下，定向凝固组织的动态转变。实验结果表明：尽管定向生长的胞－枝晶动态转变过程随加速度的降低而减缓，但胞晶组织都是在经历了一定的胞晶形貌扰动之后才发生快速失稳、分枝细化并向树枝晶组织过渡，加速度不同，由失稳胞晶演变成的树枝晶可具有多种分枝形式。     

变速生长条件下Al—Cu合金的定向凝固枝晶组织

应用改进的定向凝固装置研究了Ａｌ－２ｗｔ－％Ｃｕ和Ａｌ－４ｗｔ－％Ｃｕ合金在阶嗾和不同加速度线笥变速生长条件下，定向凝固组织的动态转变实验结果表明：尽管定向生长的胞－枝晶动态转变过程随加速度的降低而减缓，但胞晶组织都是在经历了一定的胞晶形貌扰动之后才发生快速失稳，分枝累化并向枝枝晶组织过渡。     

Numerical simulation of transport phenomena in continuous casting of steel plates with electromagnetic brake

The present work numerically investigates two-dimensional (2-D) solidification transport phenomena (EM-STP) during continuous casting (CC) process in the absence and the presence of static magnetic fields (SMFs), based on a unified numerical model. For the purpose of controlling vortexes, the electromagnetic brake (EMBR) effects of various SMFs under the given depth of submerged entry nozzle (SEN) and the same casting velocity V0 are investigated. ANSYS software is used to analyze the SMFs that applied to the EMCC process, and then a data-conversion program based on the principle of linear interpolation proposed previously is used to deal with the issue of data-format-matching between FEM and FVM. The simulation results indicate that, an appropriate SMF can effectively suppress the bulk liquid flow in CC-process of steel plate, and with increase of the intensity of applied magnetic fields, the vortexes become weaker and the oscillating amplitude of impinging jet decreases. Based on the knowledge gained from the EMCC-STP analysis and by comparing the results with the applied magnetic fields with those without magnetic fields, it is found that a SMF with |Bmax|=55×10-3 T can meet the need of braking, and consequently improve the quality of casting by reducing the penetration of non-metallic inclusions, as well as avoiding breakout, macro-segregation and crack ultimately.     

离心力及铸件模数对Ti-6Al-4V合金组织与力学性能的影响

该论文主要研究在石墨型中不同立式离心力场下离心力及铸件模数对Ti-6Al-4V合金组织及性能的影响。实验过程中铸型的旋转速度主要考虑了三种情况：0, 110及 210 rpm。结果表明：晶粒尺寸及片层厚度随铸件模数的减小和离心力的增加而减小,拉伸强度随铸件模数减小和离心力增加而明显增加,但铸件延伸率呈现相反的变化趋势。文中给出了重力系数、铸件模数与Ti-6Al-4V合金组织和力学性能之间的定量关系。作为与重力场下石墨型中Ti-6Al-4V合金铸件对比分析,研究了金属型中Ti-6Al-4V合金阶梯铸件组织的变化情况,研究发现：两种铸型中浇铸的合金铸件晶粒尺寸、片层厚度随冷却速度的变化趋势基本一致,结合两组实验数据,给出了重力场下Ti-6Al-4V合金铸件组织随冷却速度变化的定量关系。     

铸件凝固三传计算机模拟的统一模型

应用作者建立的合金凝固三传统一数学模型和数值计算方法,在IBM PC个人计算机上,进行了AL一Cu合金铸锭在水平定向凝固过程中的温度、凝固进程、成分、压力和液相流场变化的数值模拟;进行了大高/长比Al—2%Cu铸锭的水平定向凝固实验。理论计算结果与实验测得的铸锭凝固温度场变化及宏观成分分布均吻合得很好。数值模拟及实验结果都显示出大高/长比水平定向凝固铸锭在水平方向和垂直方向上均存在宏观成分偏析。     

Al－4％CU铸锭凝固中自由等轴晶的迁移行为及对宏观偏析的影响

研究了Ａｌ—４％ＣＵ合金铸锭在砂型中的缓冷凝固行为，测定了凝固铸锭中的晶粒度和宏观成分分布。研究结果表明，由于Ａｌ—Ｃｕ合金的非平衡凝固行为和固相密度与晶间液相密度差的逆转特性，以及液相成分的重力偏析，引起铸锭中上部等轴晶密度增加并产生明显的逆偏析。     

Microstructure evolution of Cu-Pb monotectic alloys during directional solidification

1 Introduction Monotectic alloy is an important class of alloy whose binary phase diagram has a miscibility gap, in which the original single liquid will decompose into two distinct immiscible liquids within a few seconds. In the normal gravity field, a …     

双相γ+α2钛合金片层承载力的数学模型及预测

为了研究双相γ+α2钛合金晶体中片层组织的承载特性,建立了相应晶体不同取向力学性能的数学模型,并计算了γ相及γ+α2片层组织不同取向的承载力.通过对模型的数值求解,得到γ相和γ+α2片层组织的承载力随不同加载方向的变化规律.计算结果表明:随着α2相体积分数的增加,γ+α2片层组织的最大承载力方向逐渐趋向平行于α2相的(0001)面,临界α2相等价体积分数为λe=30%.这从理论上解释了γ+α2片层组织的最大承载力方向为平行于α2相的(0001)面这一传统观点.这一结论成立的条件为α2相等价体积分数λe>30%.