水平热型连铸定向凝固设备研究

设计制造了氩气气氛保护下的水平热型连铸定向凝固设备,该设备将水平连续铸造与定向凝固技术结合起来,集熔炼、保温、净化、凝固于一体,可制备出表面光洁、质量优异的定向凝固线材。介绍了该设备的结构组成、工作原理。     

TA1本构模型的确定

采用试验方法,通过准静态压缩试验和分离式Hopkinson压杆试验,获得不同应变率10-3s-1～103s-1和不同温度293K～873K范围内TA1的应力-应变曲线;基于Johnson-Cook模型对试验结果进行分析,并对其应变率强化项做出修正。结果表明,TA1为应变率敏感材料,流动应力随应变率增加而增加,随温度增加而减小;未经修正的Johnson-Cook本构模型与试验数据偏差较大,修正后的本构模型与试验值吻合较好。     

高应变率下TC4-DT钛合金的动态力学性能及塑性本构关系

为研究TC4-DT钛合金的动态力学性能及其本构关系,在1000~8000 s-1应变率范围内,利用分离式Hopkinson压杆试验装置对该材料进行动态压缩试验,得到高应变率下的真实应力-应变曲线。结果表明:高应变率时TC4-DT钛合金材料存在应变率增强、增塑以及应变强化效应,其流变应力表现出较强的应变率敏感性。通过微观组织观察,发现高应变率变形时出现绝热剪切带是材料流变应力急剧减小的主要原因。改进Johnson-Cook本构模型中的温度项,利用试验数据对TC4-DT钛合金在高应变率下的动态塑性本构关系进行拟合,得到室温下该材料的动态塑性本构方程,模型计算结果和试验结果证明该模型可以更好地预测TC4-DT钛合金高应变率下的塑性流变应力。     

定向凝固水平连铸QSn6.5-0.1合金的组织与性能

研究了定向凝固水平连铸工艺对QSn6.5-0.1合金的宏观组织、微观组织及其性能的影响。结果表明:定向凝固水平连铸工艺使QSn6.5-0.1合金形成粗大柱状晶,且柱状晶方向沿连铸线坯轴向分布;合金的微观组织更加均匀化,从而大大减少了反偏析和显微缩孔等铸造缺陷;合金的伸长率和导电率明显提高,极限强度却有所降低。     

水平连铸钢坯初生凝固壳的形成

分析了水平连铸的拉坯制度对钢坯表面质量的影响，论述了结晶器入口处齿形初生坯壳的形成机理及其热力学稳定性，提出了水平连铸钢坯齿形初生坯壳迅速平滑化的概念。     

基于J-C模型的TC18钛合金动态本构方程构建

采用电子万能试验机对TC18钛合金进行常温准静态压缩实验,得到该合金在准静态下的实验数据,根据实验数据,选用分离式Hopkinson压杆对TC18钛合金在温度分别298、523、773、1 023 K,应变率分别为500、1 000、1 500 s-1下进行动态力学性能实验,从而获得TC18钛合金在高温动态压缩条件下的应力-应变曲线,并利用J-C模型对合金在高应变率下的动态塑性本构关系进行拟合,最终建立该合金在高温下的动态塑性本构方程。通过对模型的计算结果分析表明,该模型可以较好地预测TC18钛合金在高温与冲击载荷共同作用下的塑性流变应力。     

废杂铜再生黄铜水平连铸坯的表面裂纹

对以废杂铜为原材料生产的水平连铸黄铜铸坯的表面裂纹及其形成机理进行了研究。结果表明,随着铸坯直径的减小,铸坯表面裂纹增多。表面裂纹大多位于铸坯的上部,且大部分裂纹的深度在0.3～0.5mm之间,最深处可达4mm。另外,大部分裂纹的尖端比较圆钝,只有少量裂纹尖端比较尖锐,并且裂纹尖端附近有晶间开裂的现象;裂纹内部有SiO2、Al2O3等夹杂物存在。从凝固的角度分析了铸坯形成表面裂纹的原因。分析认为,不正确的二冷方式是铸坯产生表面裂纹的主要原因。采用环形喷水器的二次冷却方式后,铸坯表面裂纹基本消失,铸坯表面质量得到显著改善。     

锌侣合金热型连铸定向凝固的组织和性能

热型连铸锌铝合金线材定向凝固实验研究结果表明：热型连铸锌铝合金线材显微组织为定向生长的平行柱状枝晶。共晶合金ZA5共晶的枝晶都由多层片状β和η两相构成,过共晶合金的组织为先共晶相枝晶和枝晶间共晶,与普通铸造材料相比,抗拉强度和硬度显著提高,但伸长率有所下降。从ZA5到ZA12、ZA22和ZA27,强度依次递升,其中ZA27的综合力学性能最佳。退火可使枝晶偏析减少,虽然强度略有降低,但塑性可得到改善。     

TiNi形状记忆合金动态力学性能测试

随着TiNi形状记忆合金的开发和应用,其力学性能越来越受到重视。为了研究TiNi合金的力学性能,利用MTS万能试验机测试得到了TiNi合金不同温度下静态拉伸应力应力应变曲线,并对曲线进行了详细的分析;利用分离式霍普金森压杆(简称SHPB)对TiNi合金进行了多种高应变率下的动态压缩实验,得到了相应的应力应变曲线;利用改进的SHPB测试系统对TiNi合金进行了动态三点弯曲实验,得到了TiNi合金的动态断裂韧度。研究结果表明,TiNi合金不同于一般的金属,它的静、动态应力应变曲线出现了两个屈服平台、两个弹性阶段和两个非弹性变形阶段,同时,TiNi合金是一种比较脆的金属,在动态冲击载荷下容易发生脆断。     

多晶NiTi形状记忆合金相变的细观力学本构模型

假设NiTi单晶在相变过程中具有层状的微观结构及理想的界面连续条件,推导出各相微观量与宏观量之间的关系,及相变驱动力的表达式,建立了单晶相变的控制方程,从而得到单晶的本构模型.以此为基础,利用Tayloy假设,建立了NiTi多晶的本构模型.通过控制应变进行加载,数值模拟了恒温条件下具有{111}织构的NiTi合金的力学响应,得到的应力-应变曲线与实验结果吻合较好.利用模拟结果讨论了拉伸与压缩的不对称性、软化和温度对NiTi合金变形的影响.     

细晶富铝Al/Fe复合材料动态力学性能及本构关系

利用分离式霍普金森杆对通过热压烧结法制备得到的细晶富铝Al/Fe复合材料进行了动态力学性能测试,得到了应变率为100~2300 s-1范围内材料的应力-应变曲线,并与准静态条件下(0.01 s-1)的力学性能作了对比。结果表明:随着应变率增加,材料强度提高,塑性下降,应变率为2300 s-1时的屈服强度与弹性模量分别为准静态时的7.8和2.3倍。对材料断口形貌进行了分析,断裂方式由脆性解理断裂、沿晶断裂和韧窝断裂共同组成。根据试验所得数据,构建了改进型一维弹脆性损伤本构模型,得到了试样断裂失效前的动态本构方程及式中参数的率相关特性。改进后的本构模型与实验数据吻合良好。     

A Constitutive Equation for Magnetorheological Fluid Characterization

A microstructural model of the motion of particle pairs in MR fluids is proposed that accounts for both hydrodynamic and magnetic field forces. A fluid constitutive equation is derived, from the model that allows the prediction of velocity and particle structure fields. The analysis is similar to that of bead-spring models of polymeric liquids with replacement of the elastic connector force by a magnetic force. Results for simple shear flow are presented for the case when the two particles remain in close contact so they are hydrodynamically equivalent to an ellipsoid with an aspect ratio of two and only the component of the magnetic force normal to the connecting vector between the centers of the two particles affects motion. The model predicts oscillatory motion of the particle pairs at low magnetic fields. The fluid reaches a steady state at high magnetic fields. The time required to reach the steady state for a given shear rate reduces significantly as the field increases.     

Research on Crystal Orientation Evolvement of Continuously Unidirectionally Solidified Copper Rods during Working Process

Copper rods with diameter of 17.0 mm have been fabricated by Continuous Unidirectional Solidification (CUS) process. The metallographic results show that the microstructures of the rods are longitudinal columnar crystals and the crystal sizes range roughly among 100-200 μm. The copper rod can be worked to ultra-fine wires 19.7 μm diameter at room temperature without any heat treatments, and the size of the microstructure of the wires obtains nanometer scale. During working process, the elongation multiple o...     

TP2铜管坯水平连铸缺陷检测及分析

铜管铸轧法是一种先进的短流程铜管加工技术,具有成品率高、能耗低、成本低、建设投资少等优点,然而由于工艺和操作等方面的原因,会产生一些缺陷:缩孔、裂纹、夹渣和气孔等,其中裂纹最多。裂纹断口严重氧化,裂纹长度5￣15mm,裂纹深度1.0￣2.5mm,裂纹主要分布在管坯上半部。采用在石墨型内壁覆盖涂层,适当降低拉坯力,调节一次冷却水流量使管坯表面冷却均匀等措施,可以减少裂纹的产生。     

真空熔炼氩气保护下连续定向凝固铜管的制备技术

采用自行研制的真空熔炼、氩气保护连续定向凝固设备制备出具有连续柱状品组织的铜管铸坯,分析了铜管铸坯生产中熔体温度、连铸速度、冷却水量,结晶器等对其的影响.分析了在连续定向凝固过程中组织的淘汰机制.实验结果显示,合理参数范围分别为熔体温度1 130～1 170℃、牵引速度20.8～70.0mm/min、冷却水量800～1 000L/h、真空度6.6～20Pa.     

2DCf／SiC复合材料的动态本构关系研究

用波形整形器改装后的SHPB装置测试先驱体法制备的二维Cf/SiC复合材料的动态压缩力学性能，得到了在应变率550～2400s。范围内的动态应力应变曲线。结果表明：使用波形整形器改装SHPB后入射波的形状由矩形变为近三角形：Cf/SiC有明显的应变率效应，其抗压强度随着应变率的增大而增大：根据损伤力学理论，建立了其一维动态本构模型，拟合实验数据确定模型中参数，得到应变率及损伤变量相关的Cf/SiC动态本构关系。     

基于动态再结晶的铸态AZ31B镁合金本构方程

通过GLEEBLE压缩试验获得铸态AZ31B镁合金真应力应变曲线,本试验从真应力应变曲线出发,通过数值分析获得临界应力应变模型、饱和应力模型和稳态应力模型等多种应力模型。同时,结合位错理论和动态再结晶动力学,根据镁合金在变形过程中发生动态再结晶的临界点,将应力应变曲线分为两段,分别对以动态回复为主的曲线和以动态再结晶为主的曲线建立本构模型,分析并得出了动态再结晶分数与基于动态再结晶下的流变应力之间的变化规律。     

Preparation of Single Crystal Copper with Large Diameter and Evolution of Solidification Structure

Single crystal copper with large diameter is prepared in vacuum induction furnace under the protection of argon using downward continuous unidirectional solidification method. The process parameters are determined through the experiments. The effects of the process parameters on solidification structure and surface quality of the single crystal copper with large diameter are investigated. The results show that single crystal copper of Φ16 mm with bright surface can be obtained continuously and stably under ...