铜/钢反向凝固及加工变形的结合机理

介绍了铜/钢反向凝固及加工变形复合的工艺过程,利用光学显微镜和扫描电镜等手段分析了铜和钢界面形态、组织结构·在Instron拉伸机上测定了铜/钢界面的结合强度·结果表明,经预处理的钢丝表面呈现细微的凸凹不平状态,特别有利于液态铜在钢丝表面异质形核、凝固、结晶,使铜和钢的晶粒在界面上相互镶嵌,达到良好结合·此外,CS线再经加工变形后,伴随着晶粒的拉长和界面的扩展,导致晶粒间相互插入,机械咬合能力加强,使铜/钢界面结合强度进一步提高·     

铜-钢反向凝固复合带的实验研究

以12mm厚的08Al钢作为母带,纯铜作为复合层材料,系统地研究了浸渍复合时间、铜液温度及钢带预热温度等工艺参数对铜复合层厚度变化的影响规律·研究结果表明:随浸渍复合时间的增加,复合层的厚度变化经历了凝固生长和回熔两个阶段,钢带的预热温度越低,铜复合层厚度越厚,在通常的铜液过热度(<100℃)范围内,铜液温度的变化对复合层的厚度影响不大·     

凝固过程数值计算的模拟

通过对铸件凝固过程中各换热边界条件的研究,建立了凝固过程的二维非稳态温度场计算数学模型;并运用了有限差分方法对模型进行离散,得到大型方程组,并利用超松驰迭代法(即SOR法)解该方程组,据此,利用Turbo C编制了计算机程序.上机运行结果表明,可较满意地模拟铸件凝固过程温度场的分布.     

铜／钢液固相复合界面冶金行为的研究

以液固相复合法生产的铜包钢线为研究对象,利用光学显微镜和扫描电镜的能谱等手段分析了铜／钢界面区的组织形态和成分组成。结果表明：在界面区发生了互扩散,形成了Fe、Cu固溶体,无脆性的金属间化合物产生,这使得该复合材料具有较好的微观结合力。     

钢板坯连铸初拉阶段凝固过程数值模拟

建立了钢板坯连铸初拉阶段的三维非稳态传热凝固模型，且实现了该过程的模拟，建立了铸坯凝固层厚度与其表面热流率间的关系，用以表达不同位置上铸坯与结晶器间的换热边界条件，用直接差分法获得了不同高度断面上宽面和窄面的凝固壳厚度及其与拉坯速度随时间变化的关系。模拟结果与实际生产结果基本吻合。     

反向凝固过程铜/钢复合界面的研究

界面是复合材料特有的而且是及其重要的组成部分·采用光学显微镜、扫描电镜等手段,分析了反向凝固复合铜/钢界面形态,组织结构和过渡区成分变化,探索反向凝固复合的初结合机制·研究表明,铜/钢反向凝固复合经历液态铜在固态钢表面初始润湿;液态铜的凝固、结晶;Fe,Cu原子互扩散等物理冶金变化过程,从而实现复合界面良好的冶金结合     

水平连续铸钢凝固过程数值模拟

本文在分析水平连铸传热特征的基础上，给出了一维情况下，计算结晶器出口处铸坯凝固层厚度的解析式，建立了计及轴向传热的连续坯凝固模拟模型。进行了连续坯二维传热的凝固数值模拟，其模拟结果与实验结果吻合较好，具有普遍应用价值。     

合金钢连铸坯动态凝固过程数值模拟

针对合金钢连铸坯凝固过程中存在的疏松、偏析、裂纹等问题,以现场实际连铸机为研究对象,依据200mm×200mm合金钢的连铸工艺,建立了铸坯凝固传热数学模型,确定了边界条件,初始条件,不同冷却段的表面热流,以及所研究钢种的物性参数·特别是通过把坐标系建在连铸坯之上,解决了计算整个铸坯纵断面上在不同过热度、不同拉速、不同时间、不同位置上动态凝固过程的温度场问题·模拟计算结果与实际铸机上的测试结果吻合较好,从而为调整连铸工艺参数,确定连铸坯末端电磁搅拌器安装位置及电磁参数,提高连铸坯质量找到依据·     

铸件凝固过程数值模拟后处理的研究

针对采用有限差分法实施凝固过程数值模拟时数据结构的特点，提出了采用背面消除和画家方法进行消隐以生成三维图形的方法．为了提高绘图的速度，提出了替代视向变换矩阵运算的一种简便算法．根据由数值计算得到的铸件凝固时间，提出了在二维剖面上显示凝固动态过程的方法．经过实践证明，提出的方法可以快速地完成上千万网格单元数据的后处理．     

大型钢锭凝固过程的计算机模拟

本文分析了钢锭-锭模系统的各种边界以及浇注过程中的热交换,应用直接差分法,建立了考虑浇注过程中热交换情况的大型钢锭凝固数值模拟方法,提出采用辐射传热处理钢锭、锭模边界产生气隙后的边界条件。最后应用所编程序计算了60t钢锭的凝固温度场,计算结果表明,显式直接差分法进行凝固数值模拟,单元剖分简单,计算方便。60t钢锭的计算温度场符合钢锭的凝固趋势。     

液态Cu等温凝固的分子动力学模拟

使用Tight-binding势函数,对液态Cu在等温凝固过程中的结构变化进行了分子动力学模拟(MD模拟)计算,得到体系在不同温度下的双体分布函数和配位数分布等静态结构信息,对等温凝固过程中FCC短程有序结构可能发生的变化以及由此导致的H-A键型变化进行了分析,并结合键对分析方法计算了不同弛豫时间下典型短程有序结构的分布. 计算表明,在Cu凝固结晶相变过程中1551键应是先向1541键转化,初始三维结构的形成可能主要依赖于Cu原子在两个方向上的扩散和弛豫.     

铜／钢液固相复合工艺的实验研究

用液-固相复合法制备铜包钢线，并研究了预热温度、铜液温度和复合时间等工艺参数对铜包钢线的包覆比的影响．结果表明，在接触初期，随着接触时间的增加，铜层厚度和包覆比增加，当热流达到平衡时，包覆比达到最大，最大可达77％，之后包覆比逐渐减小．钢芯线预热温度和铜液温度的升高使包覆比下降，重熔时间缩短．     

铝熔体在铸嘴型腔中的传热及凝固现象分析

在双辊铝带坯铸轧工艺中,前箱铝熔体的温度对金属熔体在铸嘴型腔中的流动性能、铸轧速度和铝带坯质量有重要影响,而确定前箱铝熔体温度的基本依据是熔体在铸嘴型腔中的能量损失.目前,双辊铸轧铝带坯生产中前箱铝液温度主要通过经验或大量试验确定.通过分析金属熔体在铸嘴型腔中的对流换热及凝固现象,建立了非稳态和稳态传热过程中金属熔体在铸嘴型腔中的温度变化近似数学模型.这对合理确定参数(铸轧速度、铸嘴的几何尺寸和环境温度等)不同时前箱熔体温度提供了理论依据.     

液态金属Cu凝固过程中晶体形核与生长及纳米团簇结构的演变特性

采用分子动力学方法和Quantum Sutton-Chen（Q-SC）多体势,对含有5万个液态金属铜（Cu）原子系统在凝固过程中的晶体成核与生长规律及纳米团簇微观结构转变特性进行了模拟跟踪研究.运用Honeycutt-Andersen（HA）键型指数法和新的原子团类型指数法（CTIM-2）分析了金属Cu原子的成键类型和原子团簇微观结构演变特性.结果发现：在以1.0×1013K/s速度冷却时,体系最终形成晶态与非晶态结构共存的混合结构,非晶转化温度约为673K,结晶起始温度为373K.在以4.0×1012K/s速度冷却时,结晶起始温度为673K,系统形成以1421和1422二种键型或由其构成的面心立方（fcc）（12000120）和六角密集（hcp）（1200066）基本原子团为主体的晶态结构,尤其是由1421键型构成的面心立方基本原子团在晶核生长和纳米团簇结构形成过程中占主导地位.形核和生长过程对凝固微观结构演变特性有重要的影响.     

高炉铜冷却壁热态实验及温度场数值模拟

根据铜冷却壁传热过程分析,得到铜冷却壁热面复合传热系数的计算公式,并在1∶1的热态实验炉上进行了热态实验,得到不同炉气温度下相应的热面复合传热系数值.建立了铜冷却壁三维数学模型,模拟铜冷却壁在几种不同的热面边界条件下的温度场分布.通过与热态实验结果对比分析可知,热面复合传热系数不能取恒定值,需要考虑炉气温度变化的影响.通过模拟结果,计算壁体热流密度的分布,还可得到热面渣皮的厚度的变化范围.     

双辊薄带连铸温度场与凝固组织数值模拟研究

为了解决薄带连铸工业生产线调试过程中断带、铸带鼓包等问题,提高薄带连铸凝固组织表面质量,基于ProCAST有限元软件,建立双辊薄带连铸工艺的非稳态模型,对Q195凝固过程的温度场及凝固组织进行模拟,采用单一变量法,研究不同工艺参数,包括浇铸温度、拉坯速度、换热系数及熔池高度对凝固过程温度场与凝固组织的影响规律。结果表明,现有工况条件Q195钢双辊薄带连铸过程中在最优参数为浇铸温度1 590℃、拉坯速度为1.0 m/s、换热系数为2 000 W/(m²·K)、熔池高度为188 mm时,能够有效防止鼓包和断带,细化晶粒,提高薄带坯的质量。研究薄带凝固过程中的温度场、凝固组织及应力场的变化规律,对提高带材质量、推动薄带铸轧工艺国产化具有重要意义。     

方坯结晶器角部钢液初始凝固行为及其影响因素的数值模拟分析

针对方坯结晶器内角部区域钢液的初始凝固行为,建立耦合方坯、保护渣和结晶器铜板的传热数学模型,研究结晶器圆角半径、角部铜板厚度及冷却水量对铸坯角部温度分布及凝固坯壳厚度的影响。结果表明,增大结晶器圆角半径、增加角部铜板厚度或降低结晶器内冷却水量,均可一定程度上改善初始凝固区域铸坯凝固坯壳厚度的周向均匀性,提升铸坯质量;其中,增大结晶器圆角半径的影响效果最为显著。     

混合动力车用镍氢电池组散热系统CFD仿真分析与实验验证

以混合动力车用镍氢电池组为研究对象,利用Fluent软件对散热系统进行流场分析,以所得电池组流量为边界条件进行镍氢电池组温度场稳态仿真分析。通过仿真结果给出电池组温度场实验所用传感器的布点方案,并进行汽车行驶工况下镍氢电池组的温度场实验,以实验监测的电流数据计算电池组单位体积的发热功率,以此为输入条件对电池组温度场进行了瞬态仿真分析。结果表明:仿真值和实验值吻合度良好;电池组散热性能良好,满足混合动力汽车对动力电池的使用要求。     

Evolution of carbides and carbon content in matrix of an ultra-high carbon sintered steel during heat treatment process

DTA, thermal expansion, XRD, and SEM were used to evaluate the effect of quenching temperature on the mechanical properties and microstructure of a novel sintered steel Fe-6Co-1Ni-5Cr-5Mo-1C. Lattice parameters and the mass fraction of carbon dissolved in the matrix of the steel quenched were investigated. It is discovered that the hardness of the steel increases with quenching temperature in the range of 840-900℃ and remains constant in the range of 900 to 1100℃. It decreases rapidly when the temperature is higher than 1100℃. The mass fraction of carbon dissolved in the matrix of the steel quenched at 840℃ is 0.38, but when the quenching temperature is increased to 1150℃, it increases to 0.98. The carbides formed during sintering are still present at grain boundaries and in the matrix of the steel quenched at low quenching temperatures, such as 840℃. When the quenching temperature is increased to 1150℃, most of the carbides at grain boundaries are dissolved with just a small amount of spherical M₂₃C₆ existing in the matrix of the quenched steel.