镁电解槽场研究进展

金属镁生产方法分为电解法和热还原法。本文综述了电解法中的关键设备电解槽内部流场的研究现状,镁电解槽内部流场研究的方法分为热模实验、数值模拟、冷模实验三种,针对各种方法进行了探讨,分析各种方法的优缺点,指出了电解槽流场研究的发展方向。     

A356铝合金半固态成形触变成形力的计算

采用工程计算法，将变形体看作连续体，应用近似塑性条件dσr=dσz，假设接触面为混合摩擦条件，计算液相线半连续铸造的A356铝合金半固态浆料的触变成形力。计算结果表明，变形开始阶段的变形力为21．3kN，半固态浆料触变成形终了阶段触变成形力为449．37kN。实测结果与计算结果相符。     

半连续铸造组织的多尺度模拟及半固态合金设计

用多尺度模拟方法研究了半连续铸造过程中微观组织的演变,提出了基于微观组织演变模拟的半固态合金设计方法.针对连续铸造过程建立了温度场及相变模型,通过固相率变化将宏观和介观尺度的计算联系起来;用外推法建立的连续铸造出口处的非物理边界条件对稳态温度场的计算精确高效;通过多尺度模拟研究了合金成分、浇注温度和浇注速度对Al-Cu合金凝固组织及成分分布的影响.结果表明:晶粒以枝晶方式生长,不同取向的相邻晶粒相遇时形成Cu合金含量较高的晶界;当Cu合金含量为8.00%时,铸造速度和浇注温度对组织形貌的影响较小,可获得大小和分布均匀的半固态合金组织.对ZL201合金的近液相线铸造组织的模拟结果与试验结果吻合.研究表明多尺度模拟是半固态合金设计及其工艺参数预测的有效方法.     

工艺条件对6061铝合金近液相线铸造微观组织的影响

采用近液相线半连续铸造技术,制备了120 mm×1 600 mm的6061铝合金半固态坯料,考察了铸造温度、铸造速度和冷却强度对铸锭组织的影响.结果表明,合金熔体在常规铸造温度(720 ℃)下获得的铸锭组织是粗大的枝晶,且组织极不均匀;在近液相线温度(657 ℃)下保温后铸造的铸锭组织均匀、细小、近球形.一次冷却强度的降低、二次冷却强度的增大均有利于均匀、细小的近球形组织的形成;铸造速度达到150 mm/min时可以获得细小、均匀、近球形的6061半固态坯料组织.     

二元液滴自由碰撞聚并后的振荡行为研究

以甲苯、超纯水为多相系统研究对象,采用高速摄像机测试分析了二元液滴自由碰撞聚并后的振荡行为特性。实验结果表明,聚并后甲苯液滴振荡过程存在明显的周期性与阻尼衰减机制,液滴Reynolds数、Weber数是影响聚并后液滴振荡周期、阻尼系数的关键无量纲参数。液滴惯性力与振荡周期呈正相关性,而液滴黏性力则主导了振荡过程的阻尼衰减机制,振荡阻尼系数随黏性力的增加而增加,同时,液滴碰撞聚并作用与其后续振荡过程相对独立,即碰撞聚并过程对液滴振荡行为特性无明显影响。此外,液滴振荡过程特性参数的实验与理论计算对比结果显示,振荡周期实验结果相较于理论值略微偏高,振荡周期、阻尼系数实验与计算值相对误差的标准差分别为14.9%和44.9%。     

氯化物熔盐电解槽电热场模拟分析

氯化物熔盐电解槽在电解过程中受温度影响很大,有必要对电解槽中的电热场进行分析计算。利用COMSOL软件建立三维氯化物熔盐电解槽电热场模型,得到槽内电势和温度分布,分析电解槽的热平衡,在热平衡的基础上,计算电解槽结构参数对电热场的影响,并推导出放大方程。计算表明,缩短阴阳极间距,增大阴极高度、阴极半径、阳极半径及电解质液面高度可以在热平衡的条件下提高电流强度,依据无因次关系式可进行结构优化设计或电解槽放大设计而不需要复杂的建模,可以节省计算资源。     

液相线铸造A356铝合金显微组织

采用液相线造法铸造A356铝合金获得金属半固态加工要求的细小、等轴“非枝晶”组织,考察铸造温度,保温时间及冷却速度对结晶组织的影响。在液相线附近,随铸造温度升高和保温时间的延长,晶粒变大,形状变得圆整,结晶组织均匀。冷却速度快,晶粒细小。铸锭中心部位组织比边缘部位组织粗大,且均匀、球化明显。结果表明,液相线半连续铸造可以获得理想的A356铝合金半固态浆料。     

ZL201铝合金近液相线半连续铸造组织研究

采用近液相线半连续铸造的方法制备了ZL201铝合金半固态锭坯。结果表明,合金熔体在略高于液相线温度(655℃)保温10min后浇注,可以获得适合半固态加工的均匀、细小的近球形组织,铸锭中心和边部组织差异小;相同冷却条件下,静置保温和较低铸造速度有利于均匀、细小的近球形组织的形成;对近液相线铸造组织的演变机理进行了初步探讨。本研究对加深近液相线铸造理论的深入研究、拓宽其适用范围有重要意义。     

半固态加工Al-Zn-Mg合金的组织演化

选用SIMA法制备的LC4合金及液相线凝固法制备的LC9合金为原料，研究了半固态加工Al-Zn-Mg合金的组织演化。由于这两种方法制备半固态坯料的机理完全不同，因此这两种材料加工后的组织演化规律截然不同：LC4合金的晶粒尺寸由于聚结而长大，而LC9合金的显微组织没有明显的变化。借助于扫描电镜和能谱分析，对半固态加工前后的显微组织进行成分分析，结果表明晶界处由共晶区、低熔点的富Cu区和杂质区三部分组成，且LC9合金的再加热组织的液相薄膜厚度大于CL4合金的；半固态加工后制件各部分的成分基本一致，证明半固态加工形成过程中材料的流动方式为层流。     

液相线铸造法非枝晶半固态组织形成机理探讨

对液相线铸造铝合金形核机理和晶粒长大机制进行了理论分析，提出了液相线铸造形核机理，在小的过冷过度，大量的原子团簇瞬态发展成为晶核，形核数目多且均匀，有利于晶粒在互相抵触之前均呈球形长大，晶粒的长大分为三个阶段，球形长大，枝晶长大和枝晶抵触后枝晶的熟化，重点推导了晶粒球形大长的稳定性判据，即不稳定因子，在凝固的初期，降低冷却强度有利于增大不稳定因子，从而利用球形晶粒的获得，在凝固的中后期，增加冷却强度，有利于保存获得的球形晶粒。