机械搅拌对电磁冷坩埚熔化玻璃流场的影响

建立了机械搅拌桨三维模型,利用ANSYS软件中的Fluent模块并结合多重参考系(MRF)模型对玻璃熔化搅拌过程中不同锚式搅拌桨的结构尺寸、熔体温度、转速及锚式搅拌桨距离坩埚底部位置等流场的影响进行研究。结果表明,在搅拌过程中,锚式搅拌桨的结构尺寸对流场影响不大。随熔体温度升高,熔体流动范围增大,温度在1 100℃以上时宜加入搅拌桨。搅拌桨转速为100 r/min时,在熔体中产生的最大流速为1.47 m/s,是转速为50 r/min时的2倍。锚式搅拌桨下部在距坩埚底部1/4时,熔体搅动范围大;在距底部1/8时,搅拌桨下部熔体获得更充分的搅拌。机械搅拌可有效提高熔体流速和扩大流动范围。     

铝熔体搅拌过程中桨叶磨损因素分析

磨损是铝熔体搅拌叶片失效的一个主要原因,故对叶片进行磨损分析具有重要意义。为了研究流体环境和搅拌工艺参数对叶片磨损性能的影响,基于流固耦合分析方法,应用FLUENT与ANSYS Workbench对搅拌叶片进行数值模拟分析,得到搅拌叶片在搅拌过程中所受的剪切应力分布和等效应力分布,从而判断叶片的磨损情况。并运用专业的疲劳分析模块Fatigue tools对叶片进行了疲劳寿命分析。结果表明:随搅拌速度的增大,叶片表面冲蚀磨损加剧;随温度的升高,叶片表面冲蚀磨损程度先大幅度减弱后趋于稳定;叶片倾斜角60°时表面磨损最严重。此外,铝液腐蚀进一步加大了对叶片的磨损作用。     

基于Fluent的钢-铝异种金属搅拌摩擦焊数值模拟研究

建立Q235钢和6061铝合金异种金属搅拌摩擦焊的流体力学模型,基于Fluent仿真研究了不同工艺参数对钢-铝焊接的温度场、压力场、搅拌头磨损的影响规律及作用机制。结果表明:轴肩和搅拌针底面温度较高,靠近中部区域温度逐渐降低,最高温度分布在钢接触区,并随搅拌头转速的提高而增大,随焊速的提高而减小;搅拌头的高压区均分布在搅拌头旋转的前进侧,压力沿针长呈非均匀分布,最大压力位于钢接触区,压力值随焊速的提高而增大,随转速的提高而减小;受钢件挤压的影响,搅拌头的磨损主要发生在搅拌针的端部和轴肩部位。     

不同冲蚀速度下过共晶Al-Mn合金及复合材料冲蚀磨损性能的研究

采用MSN型冲蚀磨损试验机,在3.5 m/s及7m/s线速度及四种磨粒粒度下,对Al-2.86％Mn合金及Al2O3颗粒增强A1-2.77％Mn复合材料进行冲蚀磨损对比试验,分析试样材料的组织特征及冲蚀磨损后的磨痕形貌.结果表明:Al-2.86％Mn合金的主要成分是Al-Mn化合物(MnAl6和Al11Mn4)和Mn在Al中的固溶体,复合材料是在此基础上分布着Al2O3颗粒.材料的磨损失重率随冲蚀速度的变大明显增加;在相同速度下二者的冲蚀磨损程度随着磨粒粒度的增大呈先增大后减小的趋势,且峰值随着速度的变大向粒度增大的方向偏移;在相同试验参数下Al-2.77％Mn复合材料的抗冲蚀磨损性能要优于Al-2.86％Mn合金.     

电磁搅拌法制备铝合金半固态浆料过程中磁场和流场的数值模拟

利用ANSYS软件,对电磁搅拌作用下铝合金半固态浆料中的电磁场和流场进行数值模拟.分析电流强度和频率变化对磁感应强度的影响,并分析粘度变化对熔体流动速度的影响.结果表明,在电磁力的作用下,铝合金熔体在水平方向上产生旋转流动;由于感应电流的集肤效应,合金熔体中的电磁力由外向内依次减小;在相同频率下,半固态浆料中的磁感应强度随着电流强度的增加而增加;在相同电流强度下,磁感应强度随着频率的增加而减小;随着半固态浆料的温度降低,其粘度增大,流动速度减小.     

铝合金熔炼过程中采用电磁泵搅拌的优点

介绍电磁泵在铝合金熔炼中的应用状况及采用电磁泵搅拌铝熔体的主要优点。电磁泵搅拌铝熔体在许多大铝业公司已采用。它具有减小铝合金熔体温度差,提高铝合金炉料熔化速度,使熔体成分均匀,降低能耗等优点。     

高剪切熔体处理下半固态A357合金浆料的组织特征研究

以A357铝合金为试验材料,利用双螺旋流变制浆设备进行了半固态浆料的制备工艺研究。考察了高剪切熔体处理,也即高强度的搅拌剪切和高强度的紊流作用下,搅拌速度和搅拌时间对铝合金非枝晶组织的形成以及组织特征的影响。结果表明:随着搅拌速度的提高,坯料组织中初生α-Al晶粒尺寸减小,形状变得圆整均匀,但是固相体积分数逐渐减小,搅拌速度的增大对球晶的生长起到了抑制作用;熔体在双螺旋设备中的凝固主要经历了连续冷却以及等温剪切两个过程,搅拌时间越长,晶粒越圆整均匀,尺寸越大,但晶粒密度会急剧下降,总的固相分数不会发生明显变化。     

焊接速度对5754铝合金FSW接头微观组织和力学性能的影响

对3 mm厚的5754铝合金板材进行搅拌摩擦焊接，研究了搅拌头在转速800 r/min条件下，不同焊接速度(100 ~ 400 mm/min)对搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响. 结果表明，5754铝合金FSW接头横截面形貌呈“盆”形. 随着焊接速度增加，5754铝合金FSW接头的焊核区和轴肩区的面积逐渐减小，而搅拌针区面积先增加后减小. 当焊接速度为300 mm/min时，搅拌针区面积达到最大值6.66 mm2，轴肩区和搅拌针区面积比例为0.97，5754铝合金FSW接头的强度系数达到97.5%，这主要是因为轴肩区和搅拌针区面积相近，增大了焊核区和热影响区界面面积，从而提高了FSW接头强度，拉伸断裂在焊核区以外(热影响区或基材区)，断口为韧性断口. 当焊接速度为400 mm/min时，5754铝合金FSW接头的强度系数为58.8%，拉伸试样均断裂在焊核区，断口为脆性断口.     

自支撑金刚石膜冲蚀磨损研究

在研制的高压气动冲蚀磨损实验系统中对自支撑金刚石膜(抛光和未抛光)的冲蚀磨损进行了研究.比较了冲蚀磨料(SiO2,Al2O3,SiC和玻璃珠)、冲蚀角度、冲蚀速度,以及冲蚀时间对冲蚀磨损率的影响.利用扫描电子显微镜(SEM)观察了冲蚀磨损后金刚石膜表面形貌,对其进行了Raman光谱分析,并测定了抛光金刚石薄膜红外透过率的变化.结果表明,随冲蚀磨料硬度、冲蚀角度以及冲蚀速度的增加,自支撑金刚石膜的冲蚀磨损率增加.由于抛光和未抛光的金刚石薄膜表面形貌的差异,使得它们的冲蚀磨损率随冲蚀时间的变化过程不同.Raman光谱检测结果显示,由于冲蚀作用,金刚石膜表面部分碳的键合类型发生改变.冲蚀磨损使得抛光金刚石薄膜红外透过率降低,采用180目SiC磨料,在134 m/s的速度下冲蚀4 h,红外透过率降低约20%.     

碳钢不锈钢材料抗冲蚀磨损性能研究

通过对泵用过流部件材料55#碳钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢在不同冲蚀速度、不同浆料含砂量及不同冲蚀角度条件下的冲蚀磨损腐蚀试验,探索了材料的冲蚀失效规律及微观破坏机制.结果表明,材料的冲蚀磨损失重率随冲蚀速度、浆料含砂量的增加而增加,且1Cr18Ni9Ti的抗冲蚀性能优于55#钢;冲蚀角度对材料的冲蚀性能影响最为显著,在0°～45°时冲蚀失重率随着冲蚀角度的增大而增大,45°时出现极大值,450～600时材料冲蚀失重率随着冲蚀角度的增加而减小;腐蚀对材料冲蚀性能的影响不容忽视.     

应用弹性砂轮对铝合金镜面磨削工艺研究

目的解决铝合金手机外壳传统抛光工艺中存在的抛光效率低等问题。方法采用聚氨酯弹性砂轮对6061铝合金进行了磨削加工,使用正交试验研究了磨料粒度、进给速度、切削深度、砂轮线速度对加工表面粗糙度及材料去除率的影响。试验中使用折线走刀方式进行加工,可减轻磨料分布不均带来的影响。使用白光干涉仪测量了加工后表面的粗糙度,通过计算单位时间内工件的质量变化得出了去除率,并通过对结果的综合优化得出了最优工艺参数。结果在选取的16组磨削工艺参数中,可获得的最低表面粗糙度为44.87 nm,最大去除率为0.329 g/min。对表面粗糙度影响最大的因素为磨料粒度,影响最小的因素为进给速度;对材料去除率影响最大的因素为切削深度,影响最小的为进给速度。经过综合优化,最佳工艺参数组合为:砂轮600#,转速2000 r/min,切削深度0.04 mm,进给速度20 mm/min。结论弹性聚氨酯砂轮应用于铝合金磨削可提高加工表面质量,可简化工艺流程,节省备料和安装调整时间,从而提高效率。     

铝及铝合金件化学镀Ni-P的研究与应用

在铝及铝合金件表面上经过除油、酸浸两道预处理后，直接进行酸性化学镀Ｎｉ－Ｐ合金。通过几年来的研究和应用表明，这一工艺具有普遍意义，工艺稳定可靠。同时研制了成本低、镀速高（３２．５μｍ／ｈ）的镀液，具有实用价值。     

45钢在超细SiC颗粒作用下的正向冲蚀行为*

选用超细SiC颗粒作为磨料,研究了韧性材料45钢在正向冲击条件下的冲蚀行为并与7075-T6铝合金对比。使用高强度磁铁捕获了45钢冲蚀磨屑,利用扫描电子显微镜(SEM)对冲蚀磨损后试样表面以及磨屑形貌进行观测;采用质量分析法,分析45钢在不同冲蚀条件下的失重情况与材料去除率;利用X射线应力测定仪,分析45钢在不同冲蚀条件下的表层及深度方向的残余压应力分布情况。结果表明,正向冲击条件下,韧性材料表面主要发生塑性变形,偏向堆积脊部还存在片层剥落的材料去除形式,超细磨料产生的材料去除率相对较小,材料去除率随磨料量的增加呈先增加后减小的趋势;表层应力随磨料量呈先增加后降低的趋势,微磨料冲蚀残余压应力的影响深度约为10μm。     

面向铝基发动机气门座圈的激光熔覆铜基合金工艺及性能研究

目的 为了提升发动机气门座圈耐磨耐冲蚀性能,延长发动机寿命。方法 针对铝基发动机气门座圈,采用激光熔覆制备铜基合金覆层,对激光熔覆工艺与熔覆层性能之间的关系进行研究。以稀释率、覆层接触角为衡量标准优化参数,研究激光扫描速度、送粉率、激光重熔参数与熔覆层组织形貌的关系。结果 熔覆层的表层组织随扫描速度的增加而细化,同时,熔覆层的稀释率和覆层接触角均增大,而熔覆层的稀释率和覆层接触角随送粉率的增加呈下降趋势。通过改变激光重熔参数,可改变强化相在熔覆层中的分布情况,从而改变熔覆层硬度。通过对剪切断面进行分析,结果表明,结合界面的剪切强度随着扫描速度的增加先增加后降低,在扫描速度为8 mm/s时,剪切强度最大,为142.31 MPa。在最优参数下,熔覆层的平均硬度为392HV0.05,相当于ZL104铝合金基体硬度(约85HV0.05)的4.6倍。结论 熔覆层冲蚀磨损和销盘磨损试验表明,铜基涂层具有最低的摩擦因数和最低的冲蚀质量损失,印证了铜基覆层可以提升发动机气门原材料的耐磨耐冲蚀性能,并在一定程度上提升发动机缸体寿命,为实际应用提供一定的指导。     

Multi-Response Optimization of Friction-Stir-Welded AA1100 Aluminum Alloy Joints

AA1100 aluminum alloy has gathered wide acceptance in the fabrication of light weight structures. Friction stir welding process (FSW) is an emerging solid state joining process in which the material that is being welded does not melt and recast. The process and tool parameters of FSW play a major role in deciding the joint characteristics. In this research, the relationships between the FSW parameters (rotational speed, welding speed, axial force, shoulder diameter, pin diameter, and tool hardness) and the responses (tensile strength, hardness, and corrosion rate) were established. The optimal welding conditions to maximize the tensile strength and minimize the corrosion rate were identified for AA1100 aluminum alloy and reported here.     

Infiltration kinetics of pressureless infiltration in SiCp／Al composites

The pressureless infiltration kinetics was investigated by plotting the infiltration distance as function of the infiltration time. The effects of key process parameters such as time, temperature, Mg content on the pressureless infiltration of silicon carbide particle compacts were studied and quantified. The preform with high volume fraction SiC was obtained by mixing SiC particles with bimodal size distribution, whose diameters are 5 and 50 btm, respectively. The results show that an incubation period exists before infiltration, the influence of temperature on the incubation time exceeds that of Mg content, infiltration rate increases with the increasing temperature and Mg content, infiltration rate decreases as Mg consumes. A model of macroscopical infiltration and microscopical infiltration of liquid alloy in porous SiC preform was proposed.     

7050铝合金二维超声滚压加工残余应力场研究

目的研究二维超声滚压后7050铝合金残余应力场的形成过程和表层残余应力的分布规律。方法利用有限元软件模拟二维超声滚压加工,分析残余应力场的形成过程及表层残余应力的分布规律;采用正交试验方法进行7050铝合金二维超声滚压加工试验,研究工艺参数对表面残余应力的影响规律,并与有限元分析结果相对比,验证有限元模拟的合理性。结果在二维超声滚压加工过程中,7050铝合金表层材料应力随时间先减小后增大,最后趋于稳定,形成残余应力。残余压应力沿滚压深度方向先增大后减小,再转化为残余拉应力。残余压应力层厚度约为1.05 mm,最大残余压应力值约为285 MPa。在相同的工艺参数下,有限元分析结果与试验结果基本吻合。静压力对表面残余应力的形成影响最大,表面残余压应力随静压力的增大而增大。结论二维超声滚压加工使7050铝合金表面发生剧烈的塑性变形,并形成一定深度的残余压应力。铝合金表面残余压应力随静压力的增大而增大,而与转速和进给量无关。     

Influence of Laser Power on the Hardening of Ti6Al4V Low-Pressure Steam Turbine Blade Material for Enhancing Water Droplet Erosion Resistance

To overcome water droplet erosion of Ti6Al4V alloy blade material used in low-pressure steam turbine (LPST) of high-rating nuclear and super critical thermal power plants, high-power diode laser (HPDL) surface treatment at two temperatures corresponding to two different power levels was carried out. During incubation as well as under prolonged erosion testing, the HPDL surface treatment of this alloy has enhanced its resistance significantly. This is due to the formation of fine-grained martensitic (ά) phase due to rapid heating and cooling associated with laser treatment. The droplet erosion test results after HPDL surface treatment on this alloy, SEM, XRD analysis, and residual stresses developed due to HPDL surface treatment are given in this paper.     

Production of wire via friction extrusion of aluminum alloy machining chips

This paper describes the production of fully consolidated wires from aluminum alloy AA2050 and aluminum alloy AA2195 machining chips via the friction extrusion process. In this work, the extrusion rate was linearly related to the power input/die rotational speed. Hot crack and cold crack defects appeared on wires produced using either too high or too low a power input/die rotational speed. The extruded wire microstructure consisted of fully equiaxed, recrystallized grains. Average grain size in the wires generally increases with the increase of die rotational speed/extrusion power. Micro-hardness was homogeneous across the wire transverse cross-sections. Positive response to post-extrusion heat treatment was observed with increasing extrusion power indicating increasing temperature and in process solution heat treatment of the wire with sufficient extrusion power. The ductility of defect free wire was demonstrated by the absence of cracking in 5T bend tests.     

激光一次性去除铝合金飞机蒙皮涂层实验与数值研究

目的 研究激光的频率、功率及扫描速度等参数对脉冲激光清洗航空铝合金表面S06-0215油漆涂层的影响,分析脉冲激光清洗的机制,优化工艺参数组合,并设计航空铝合金表面涂层一次性去除方法。方法 以航空铝合金2A12为基材,开展脉冲激光的频率、功率和扫描速度等参数对基材表面涂层烧蚀深度的影响研究,以及烧蚀过程中基材表面最高温度的模拟研究。同时,以表面粗糙度和去除深度为评价指标,对2A12铝合金飞机蒙皮表面涂层进行清洗实验,对采用优化参数清洗后的蒙皮表面进行粗糙度测量、元素含量以及组成成分分析。结果 脉冲激光的扫描速度和频率变大,以烧蚀为主导作用的去除机制逐渐减弱,同时振动机制逐渐增强,并最终转变为主导地位。影响激光去除深度的参数,按权重大小依次为扫描速度、功率、频率。结合模拟与实验结果发现,激光频率125 kHz、功率70 W和速度50 mm/s为表面涂层S06-0215最佳的一次性去除工艺参数组合,此时能量密度大小为1.47 J/cm²,清洗过程中,不损伤2A12铝合金飞机蒙皮基材。通过XRD、SEM以及EDS表征分析表明,氧化膜仅被部分去除。结论 激光清洗铝合金表面...