定向凝固微观组织相场法模拟的研究进展

定向凝固过程中的界面形态对凝固组织有着决定性作用,相场法可以很好地展示凝固过程固液界面形态的演变。阐述了定向凝固相场方法数值模拟的基本原理及国内外研究现状,并指出了该领域目前面临的问题及未来发展趋势。     

对流影响枝晶生长的相场法模拟研究进展

液态金属的对流和枝晶生长的相互作用在凝固模型中是非常重要的,因为铸造和焊接过程常伴随有自然或强迫对流。综述了耦合对流时相场的数学模型、数值计算方法以及在凝固微观组织模拟中的应用和进展,指出了该领域目前面临的问题和未来发展趋势。     

微观相场法合金显微组织模拟研究进展

对合金沉淀早期的计算机模拟有利于探明固态相变的规律,其方法有多种,介绍了近年兴起的2种相场模型:微观相场动力学模型和连续相场动力学模型.分析讨论了合金沉淀过程中有序化和相分离过程,利用长程序参数(LRO)和短程序参数(SRO)可描述合金沉淀机制.基于微观相场模型,模拟了Ni-Cr-Al三元合金有序化和相分离过程,结果显示低饱和度合金为形核长大机制,高饱和度合金中等成分有序化和相分离同时发生.     

相场模型凝固组织模拟进展

本文对相场模型的物理本质、数值计算方法以及在凝固微观组织模拟中的应用和进展进行了综述，并指出相场模型凝固微观组织模拟的发展方向。     

铸造合金的微观组织模拟研究进展

凝固过程的数值模拟正在由宏观向微观转变。微观模拟不仅可以得到材料的凝固组织，而且还能为宏观模拟提供准确的潜热释放信息。针对目前微观组织模拟的研究现状，分析了几种主要的模拟研究方法，如确定性模拟方法、随机性模拟方法和相场方法等，阐述了其主要特征和模拟微观组织时存在的优缺点。最后对微观模拟中现存的问题及发展方向作了分析。     

连续相场模型在微观结构演化过程模拟中的应用

简要介绍了连续相场方法,包括:连续界面近似;有保守场变量和非保守场变量组成的相场变量;微观结构演化的化学驱动力,如体自由能、界面能、弹性畸变能、外场能量等;连续相场模型中的动力学方程,其中保守场变量在时间和空间上的演化遵循Cahn-Hilliard的非线性扩散方程,非保守场变量遵循Allen-Cahn弛豫方程;动力学方程的常见数值解法。最后还简要介绍了几种常见的相场模型。     

合金沉淀过程的微观相场法计算机模拟

讨论了连续体相场动力学与微观相场动力学理论在描述合金相变方面各自的特点.基于微观相场动力学理论建立的微扩散方程,以原子占位几率和序参数描述合金沉淀过程的原子簇聚和有序化.该模型将三维问题进行二维投影,在倒易空间求解,直观给出原子演化图像,并可描述形核、长大、和粗化在内的全过程.微扩散模型已成功用于二元及三元合金沉淀机制及微观组织的模拟.     

电弧增材制造技术及其在TC4钛合金中的应用研究进展

增材制造是于20世纪80年代中期发展起来的一门新兴技术,因能快速精确地制造出形状复杂的结构件而受到广泛关注。电弧增材制造是以电弧为热源,采用逐层堆焊的方式制造出致密的金属构件,具有制造成本低廉、成形效率高的突出特点,在大尺寸、复杂零件的快速成形技术中表现出明显的优势,因而在航空航天、汽车船舶等领域有广阔的应用前景。TC4的化学活性高、热导率低、强度高,具有优异的综合力学性能,是应用最广泛的钛合金。TC4并不适合采用传统的加工方法制备,因此采用电弧增材制造的方法成形TC4结构件。但成形件典型的宏观组织为外延生长的柱状晶,导致其力学性能存在各向异性。本文综述了电弧增材制造的发展历史,结合该技术的特征及国内外研究现状,介绍了电弧增材制造TC4钛合金成形件的组织及性能方面的研究进展。     

铝合金增材制造技术研究进展

铝合金是实现结构轻量化的首选材料,在航空航天、交通运输、船舶舰艇等领域具有广阔的应用前景。铝合金增材制造技术在复杂三维精密结构件的制造方面具有突出的优势和潜力,而且具有高效快速、成形结构可控性高等优点。关于铝合金增材制造技术的迅速发展,本工作从组织与性能、成形精度和质量、成形缺陷控制和数值模拟4个方面,着重介绍了铝合金增材制造的研究现状和最新成果,总结了当前研究存在的不足。在此基础上,对铝合金增材制造技术未来应关注的研究方向给出建议,即实现增材件微观组织控制、阐明增材件应力形成机理、提高增材件的成形精度、研究成形过程中的温度场分布规律等。     

激光增材制造热-力耦合数值模拟研究现状及进展

激光增材制造技术加工过程中温度变化迅速而剧烈,导致成形件内部产生复杂的热应力和残余应力,这是成形件发生应力变形、翘曲、开裂等加工缺陷的根本原因。并且,剧烈的温度变化使得难以直接使用实验观察其温度场和应力场演变规律。因此,通过建立有限元模型进行数值模拟的方法来分析热-力耦合场的分布以及其对成形件质量的影响尤为必要。总结了金属激光增材制造技术温度场和应力场的数值模拟研究进展及现阶段存在的一些问题,进一步探讨了金属激光增材制造技术在数值模拟方面的未来发展方向。     

航天用镍基高温合金及其激光增材制造研究现状

新型航天器用镍基高温合金部件呈现出复杂化、薄壁化、复合化、一体化的发展趋势,使得传统的铸造或锻造加工技术无法胜任。基于逐层堆积的激光增材制造(LAM)技术是实现这类复杂部件制备的理想解决方案,能够进一步赋予高温合金更高的价值,极大地推动航天装备的发展。首先介绍了航天领域常用的镍基高温合金种类,然后以研究最多的IN 718和IN 625合金为例,总结了镍基高温合金增材制造的研究现状:归纳了镍基高温合金增材制造工艺优化方法,表明增材制造综合加工图和实验设计方法是两种行之有效的方法;指出了增材制造镍基高温合金材料的微观组织特点,讨论了增材制造后续热处理对材料微观组织和力学性能的影响规律,表明增材制造技术极快速冷却的特点引起镍基高温合金材料内部存在普遍的局部微观偏析现象,导致常规热处理工艺不再是最优工艺;并通过5个典型的增材制造镍基高温合金航天构件案例展示了增材制造技术的优势。在此基础上,针对镍基高温合金增材制造过程中存在的关键科学问题和技术难题,展望了增材制造镍基高温合金未来的研究方向。     

各向异性条件下晶粒长大过程的相场法模拟

引入与时间有关的取向错配场变量,模拟了晶界能各向异性条件下晶粒长大的演化行为.模拟结果表明,与晶界能各向同性系统相比,随演化时间的延长,晶界能各向异性延迟晶粒的生长,使得晶粒的平均面积呈非线性变化;在相同的演化时间下,各向异性系统的晶粒尺寸分布比各向同性系统宽;晶界边数少的晶粒所占的比例明显增加;进入准稳态后,各向异性和各向同性系统中的晶粒相对尺寸分布随时间皆无明显变化.     

等离子-MIG焊在有色金属焊接中的应用研究现状及展望

随着复合焊接成为焊接领域的热点,等离子-MIG焊作为一种高能量束流的焊接方法得到了广泛的研究,等离子-MIG焊具备阴极雾化的功能,有利于清理金属表面的氧化膜,对有色金属焊接有独特的优势。介绍了同轴式和旁轴式等离子-MIG焊的工作原理及优缺点,从数值模拟、控制与监测方法、工艺参数研究3个方面对等离子-MIG焊在有色金属焊接中的应用研究现状进行了分析。分析结果表明,等离子-MIG焊在铝合金材料焊接中研究进展显著,已经能够实现高质量的焊接,并开展了在镁、铜等其他有色金属焊接方面的研究,取得了一定的效果。最后对等离子-MIG焊的应用前景和发展方向进行了展望,等离子MIG焊在双电弧耦合机理、多物理场的协同工作、系统稳定性等方面还有待深入研究。     

金属多材料增材制造研究现状与展望

当代社会对产品的功能及性能的要求越来越高,苛刻的使役条件要求零件具有功能耦合、多环境适应的能力。金属多材料增材制造技术相比传统制造技术具备更大的优势,在航空航天、汽车工业、电力行业、生物医学等领域中均具有广阔的应用前景。研究了电子束增材制造、电弧增材制造和冷喷涂增材制造在金属多材料增材制造中的应用现状以及最新发展。重点研究了金属多材料增材制造技术在宏观成形精度、微观组织缺陷和粒子界面结合中存在的关键问题。最后,指出了金属多材料增材制造技术在材料种类、基础理论、零件复杂度、质量控制等方面的发展趋势。将为金属多材料应用于增材制造技术提供新的思路和借鉴价值。     

相场法模拟流动下非等温多晶粒枝晶生长形貌研究

基于相场方法对包含多晶粒的非等温合金凝固过程进行了二维数值模拟.以Ni-Cu合金为例,展示了多核晶粒形貌的生长过程,研究了流速、各向异性和过冷度、晶核个数等参数对多枝晶生长形貌的影响.结果表明:随着模拟时间的增加,各晶核由独立生长演化为竞争生长;引入强制流动后,枝晶上游臂的生长得到促进,下游臂的生长受到抑制,垂直臂逐渐向迎流方向倾斜生长;随着流速的增大,多枝晶的非对称性增强,垂直臂在迎流一侧逐渐长出二次枝晶,而逆流侧保持光滑.随着各向异性值和过冷度的增大,各枝晶形貌大小均增大.     

金属凝固微观组织数值模拟研究现状

通过对凝固微观组织的模拟,能很好地预测材料的性能,对实际应用具有重要意义。对微观组织模拟中的3个主要模型(确定性模型、随机性模型和相场模型)及它们的应用现状进行了阐述,并分析了它们的优缺点。随着计算机技术的发展,新的计算模型的出现将使金属凝固微观组织的数值模拟向着高精度、高效率和高速度的方向发展。     

3D打印技术研究现状和关键技术EI北大核心CSCD

本文首先简要介绍了3D打印技术的基本原理及分类,然后重点介绍了有关金属材料3D打印的几种方法:电子束熔化成形(EBM)、激光选区熔化成形(SLM)、激光快速成形技术(LDMD)。简述了金属材料3D打印的应用领域及国内外发展情况及研究现状。文章最后结合国内外金属材料3D打印的研究现状,指出金属材料3D打印需要在打印用粉末、金属3D打印设备、3D打印零件无损检测方法、3D打印零件的失效行为和寿命预测等方面进行重点研究,并建立3D打印零件的无损检测标准规范以及3D打印材料全面力学性能数据库。     

焊接过程宏微观数值模拟与仿真的研究现状

焊接过程的数值模拟与仿真是研究焊接热过程、焊接电弧行为、焊接熔池、焊接应力与变形、焊接结构疲劳与脆断、焊接接头力学性能、焊接接头微观组织、界面形成机理,以及焊接缺陷分析等问题的基础。借助计算机辅助技术对于焊接现象进行模拟研究,可以解决试验和实际生产中诸多的困难问题,对焊接过程控制和工艺优化等具有重要的指导价值。通过对目前国内外焊接领域关于焊接过程宏微观的数值模拟与仿真研究现状的分析,描述了焊接数值模拟技术的主要发展方向,并指出了一些研究中的热点问题,旨在为相关领域的研究工作者提供有效的帮助,开拓新的研究思路。