凝固过程

摘要： 为开发新型耐磨合金,利用热力学计算、热分析以及组织分析等手段研究了高Mg(8wt.%~20wt.%)含量对Al-17Si-4.5Cu-xMg合金凝固行为及组织演变的影响。结果表明:Mg含量的增加显著改变了初生Mg_(2)Si的形貌以及凝固行为。ThermoCalc模拟预测合金凝固过程中有6个反应,即形成初生Mg_(2)Si;两个二元共晶反应,形成(Mg_(2)Si+Si)或(Mg_(2)Si+α-Al)相;三元共晶反应形成(Mg_(2)Si+Si+α-Al);以及凝固后期共晶反应形成Q-Al_(5)Mg_(8)Cu_(2)Si_(6)和θ-Al_(2)Cu相。所研究的四种合金中除了有上述相外,还有富Fe相。Mg含量达到17.2wt.%时初生Mg_(2)Si的形貌由多面体状转变为树枝晶状。继续增加Mg的含量,初生Mg_(2)Si形貌不变,但枝干变粗。

摘要： 相变储热技术在太阳能热发电领域具有广阔的应用前景,翅片可以有效提升相变储热器的充放热速率。然而,相变储热的动态非线性特征严重制约了储热器内翅片结构的优化研究,因此提出了一种用于优化相变储热器内翅片结构的快速优化算法。该算法以相变材料到翅片和冷源的距离最短为优化目标,利用遗传算法对翅片的结构进行优化,解决了传统数值优化方法耗时长的问题。以管壳式相变储热器内一级Y形翅片为例,在满足翅片材料用量一定的前提下,选择Y形翅片的各分支长度、宽度比以及分支夹角作为设计变量,并对翅片的数量进行了影响分析。结果表明:提出的优化目标具有可行性,优化后的翅片结构呈现箭头形。在所研究的放热工况下,相比于传统Y形翅片,当翅片数量为1~3时,优化后的翅片结构可以使完全凝固时间缩短41.3%~62.1%。

摘要： 近日,日内瓦国际发明展传来喜讯,上海大学先进凝固技术中心(CAST)发明的连铸坯凝固过程热模拟试验机荣获本届冶金领域最高发明奖项——金奖。这是上海大学冶金学科首次获此殊荣。凝固是一个非平衡耗散过程,并伴有自组织现象,加之高温、不透明、连续化和大规模等冶金生产特点,冶金生产条件下凝固过程的实验研究至今没有可靠的手段。

摘要： 为了研究高氯酸铵(AP)、硝酸胍(GN)、硝基胍(NQ)、N‑甲基‑4‑硝基苯胺(MNA)、奥克托今(HMX)等含NH_(n)(n=0~4)的化合物影响2,4‑二硝基苯甲醚(DNAN)凝固过程及凝固温度的机制,采用差示扫描量热(DSC)法和光学显微镜法研究了AP含量及不同添加物对DNAN凝固温度的影响;采用显微镜观测了含添加物DNAN试样在薄层中的凝固过程,计算了凝固线速度,获得了试样动态结晶过程特征;采用扫描电镜测试了Φ20 mm药柱断面微观形貌,研究添加物对样品成型性的影响规律;根据结晶热力学理论研究了DNAN凝固焓与凝固温度的关系;分析了含NH_(n)(n=0~4)的化合物对DNAN凝固温度的影响机理并开展了试验验证。结果表明,AP可显著提高DNAN凝固温度,但AP含量及GN、NQ、MNA、HMX等化合物的加入对凝固温度无显著影响;由于凝固温度提高,含AP试样在薄层中凝固线速率最低、结晶为粗大树枝晶。而在体生长时,受结晶潜热影响的纯DNAN微观形貌为柱块状,而含添加物的DNAN试样则显示出结晶细小的特征。分析了DNAN的凝固热力学特征,凝固温度与凝固焓体现出正相关性,且受异质添加物颗粒对非均匀形核的影响。而DNAN凝固温度影响机理及试验验证表明,含NH_(4)^(+)离子的化合物可显著提高DNAN凝固温度。

摘要： 目的针对冷金属过渡(CMT)电弧增材制造过程中不稳定气流环境造成的熔池流动不均、墙体成形异常以及墙体内部气孔过多和晶粒粗大的问题,研究增强沉积墙体组织性能的工艺。方法开发了CMT电弧增材制造强制限位冷却工艺,通过控制电弧增材制造的沉积区间和凝固过程,来改善沉积墙体的结构性能。结果沉积墙体平均沉积速度由0.120 mm/s升到0.149 mm/s,材料利用程度由78.2%升到83.2%,孔隙率由2.15%降到1.06%,平均晶粒度由15.7μm降到13.3μm。同时提高了沉积墙体的韧性,沉积墙体横向平均极限拉伸强度由157 MPa升到179 MPa。结论CMT电弧增材制造强制限位冷却工艺制造的沉积墙体在沉积速度和材料利用程度方面有了相应提高,同时强制限位冷却工艺改善了沉积墙体的结构性能,这对增材制造具有一定的指导意义。

摘要： 工业制造的快速发展对多元合金材料的质量和性能提出了更高的要求,然而传统的合金熔炼方式难以处理高纯度、高活性、高熔点的合金材料。与传统的方法相比,电磁悬浮(EML)作为一种微重力条件下的新型无接触式的熔炼技术,在熔炼金属合金时能够达到深过冷度和快速冷却,显著改变合金晶体的组织形貌,使晶体向质量高、性能优的合金状态发展。因此,近年来电磁悬浮技术熔炼金属合金技术受到了研究者们极大的关注。研究者们已经利用EML技术定量测量了多元合金的比热、密度、粘度、表面张力等性质;通过观测过冷悬浮熔滴,结合振荡液滴法、落滴式量热法、样品耦合电子法等可以测量较大温度范围内多元合金的热物理性质。研究表明:熔体内部的不可见流动现象和传输现象采用数值建模技术来进行模拟研究,可展现熔滴的流动和表面变形特征,并有助于揭示实验结果。国内外学者对电磁悬浮在多元合金熔炼应用和模拟进行了大量研究后发现:(1)合金熔炼过程中耐火材料不可避免会对液态合金造成污染;(2)过冷度、冷却速度对金属合金凝固过程具有较大影响,但缺少有效的研究方法;(3)热物理性质对合金的宏观性能有很大的影响,且能作为制造过程模拟优化输入参数,但相关文献资料较少。本文归纳了EML熔炼金属合金的研究进展,分别对其凝固过程和性质测量等的实验研究与悬浮熔滴形状和内部流动规律等的数值模拟进行了总结介绍,讨论了目前电磁悬浮熔炼技术存在的问题和未来的突破方向,为液态合金性质研究及其数值模拟提供了参考。

摘要： 为研究膨胀石墨对石蜡熔化和凝固性能的影响,对膨胀石墨石蜡复合相变蓄热材料的熔化和凝固过程进行数值分析,并与纯石蜡相变蓄热材料的熔化和凝固过程进行对比.且分析不同含量的膨胀石墨及不同壁面温度对石蜡熔化和凝固过程的影响,结果表明:石蜡中添加膨胀石墨能明显缩短石蜡的熔化和凝固时间,且熔化和凝固时间都随着膨胀石墨含量的增加而减少;在同种工况下,与纯石蜡对比,添加1％、2％、5％膨胀石墨的复合石蜡熔化时间分别减少2.14、2.81、9.74倍;凝固时间则分别减少0.77、1.05、3.76倍;壁面温度对复合石蜡的熔化过程影响显著,而对凝固过程影响程度不佳;其中在初始温度相同的条件下,与壁面温度为327 K的工况下5％EG复合石蜡全部熔化的时间对比,壁面温度为332 K及337 K的工况下5％EG复合石蜡全部熔化的时间分别缩短了0.83、1.58倍.

摘要： 采用垂直半连铸工艺制备直径超过?1000 mm大型圆坯的方法,是一种优化生产流程,降低材料损耗,提升铸坯质量,突破连铸工艺尺寸极限的变革性制坯方法.该方法将工艺分为浇注拉坯和静置冷却两个阶段.通过模拟分析?1600 mm大圆坯在不同拉速下的垂直半连铸工艺过程发现在拉坯过程中结晶器内的温度和出口处的坯壳厚度逐步稳定.模拟结果表明,拉坯速度对完成拉坯时的熔池相貌有着显著的影响,当拉坯速度小于0.4 m/min时,纵向截面上的熔池形貌呈V形,在拉坯结束时,凝固坯壳在内部钢水静水压力作用下的应力和变形都较小,出现漏钢事故的可能性较低.在静置冷却阶段,小于0.4 m/min拉速下形成的初始V形熔池,可保证在后续凝固进程中凝固前沿出现明显的自下而上的顺序凝固过程.因此,?1600 mm大圆坯在垂直半连铸工艺条件下的拉坯速度应小于0.4 m/min.

摘要： 金属大锻件是重大装备的核心部件,锻造质量关系到国家安全和国民经济的发展。传统的锻造思路是“以大制大”,先通过浇注得到百吨级的铸锭,再通过热加工的方式制备锻件。但由于尺寸效应,铸锭在凝固过程中会产生各种缺陷,严重影响最终的锻件质量。

摘要： 传统铸造工艺设计大多依赖过往的经验,在实际生产过程中对一般结构进行构件时,凭借过往的生产经验,或许能够起到较好的作用。但是在生产较为复杂且体型庞大的铸件时,经验就不能起到很好的作用,只能通过一线施工人员和设计师不断地反复试验,才能最终确定工艺的选择。但如果在此过程中存在较大的失误,极易导致整个生产过程出现较大的经济损失,甚至连之前确定的工艺方案也会被彻底推倒重来。对此,可以采用现代计算机技术,通过模拟分析铸件中存在的工艺问题,在采取相应措施后再进行模拟,直到工艺成熟。

摘要： 研究了铝合金铸件砂型铸造凝固过程智能控制,采用ZL205A合金,利用数值模拟技术结合温度控制技术,制定并控制铸件的温度实现了通过智能地控制铸型温度达到对铸件温度控制的目的,研究表明,通过控制铸型的温度可以实现对铸件冷却速率及生长速度的控制,解决了铸件凝固过程补缩和变形控制的矛盾,实现了铸件的良好补缩的同时铸件的变形量也极小的控制目标.

摘要： 结合元胞自动机法(cA)和有限差分法,考虑了界面能各向异性、界面扰动、溶质扩散、成分过冷、曲率过冷等因素,建立了焊缝熔池凝固过程中的微观组织演变模型,模拟了焊接熔池凝固过程中单个及多个等轴晶的生长.分析了网格数和时间步长与枝晶尖端生长速度的关系,并讨论了不同过冷度和扰动振幅对枝晶生长形貌及溶质偏析的影响.模拟结果表明,改进后的模型成功地模拟出枝晶生长的竞争机制和溶质的偏析规律,与理论分析取得很好的一致性.

摘要： 铍铝合金作为一种重要的结构材料,被广泛的应用于航空航天、计算机、汽车等领域.采用差热分析法(DSC)分析铸造铍铝合金的凝固过程,并对铍铝合金的力学和物理性能进行了表征.研究结果表明,铸造铍铝合金凝固过程是熔点高的铍相先凝固,低熔点的铝相后凝固,添加元素不会改变合金凝固过程,不会改变合金铍相和铝相相分离结构,也没有在合金中形成独立的第三相,但对合金的热学性能产生影响.添加的Ag元素对铝相有沉淀强化作用.

摘要： 采用光学显微镜和硬度计等设备,研究A356铝合金的凝固组织对后续固溶处理过程的影响.结果表明:在A356铝合金的铸造过程,随着冷却速度的增加,SDAS减少;共晶Si由粗大的板状变为短棒状,甚至球形.开始转变Al+Si+Mg2Si三元共晶,并增强了富集的Mg和Si团簇在α(Al)中的溶解性,改善合金显微组织,提高显微硬度.经过T4处理,在较高冷却速率下铸造的共晶Si更容易球化,相应的显微硬度也达到最大值.冷却速率与热处理工艺的最佳组合可以溶解共晶Si,提高合金性能.

摘要： 通过对Al-Zn合金进行三维相场法的模拟,研究了合金凝固过程中的等轴枝晶生长过程和各向异性对合金的枝晶形貌的影响.结果表明各向异性参数会使Al-Zn合金发生枝晶取向转变现象,枝晶的最佳生长方向发生了改变.

摘要： 成分偏析是合金凝固过程中常见的现象,是凝固组织缺陷形成的重要影响因素.在原子尺度探明偏析的动力学机制有重要的理论意义和迫切的工业应用需求.合金熔体具有短程有序,有些甚至中程有序.作为固相的母态,它在本质上决定着凝固过程.通过研究熔体结构,发现合金熔体的局域结构与平衡分配系数间存在某些关联性.本文简要综述了关于熔体结构以及铝合金、镍合金体系熔体结构与平衡分配系数之间关联性的研究成果,并辅之以讨论.

摘要： 凝固过程中钛锭的固液界面形貌对钛锭组织的形成有着重要的影响.本文重点研究了钛锭的横断面尺寸对钛锭固液界面形貌的影响规律.应用有限元数值计算方法定量地给出了钛锭横断面尺寸对钛锭熔池深度和固相率的变化关系.结果表明:当钛锭宽度不变时,熔池深度随着钛锭长度的增加先增大而后趋于一个定值,固相率随着钛锭长度的增大而逐渐减小;当钛锭的横断面面积不变时,固液界面深度随着钛锭长度的增加而减小,固相率随着钛锭的长度的增大而逐渐增大.结晶器散热的有效距离是区分钛锭长度影响钛锭固液界面形貌的临界值.

摘要： 铸件质量包括外观质量、内在质量和使用质量,其中内在质量和使用质量受铁液的冶金质量影响较大.目前,表征铸铁铁液冶金质量的常用指标是:一是铁液温度高,一般要求大于1500°C;二是铁液成分稳定;三是铁液纯净度高.实践表明,即使这三项指标都满足要求,铸件常常出现冶金质量问题.这说明,基于以上三项考核铸铁铁液质量的指标已经不能完全表征铁液的冶金质量.基于凝固过程的热分析方法,可以进一步完善铁液冶金质量的表征,因此,研究基于铸铁凝固过程的冶金质量评价指标、检测设备、智能软件及其在线调控技术是检测铁液冶金质量的发展方向.

摘要： 建立了三维格子玻尔兹曼方法(LBM)—元胞自动机(CA)耦合数值模型,并用该模型模拟研究了Al-4.7％Cu(质量分数)固溶体合金的凝固过程.该耦合模型采用CA方法模拟枝晶的生长,同时采用基于分子动力学理论的格子玻尔兹曼方法模拟合金凝固过程中的温度场、流场以及溶质场.模拟结果再现了自然对流条件下三维单个枝晶的形貌变化和溶质富集过程,接着模拟出具有发达枝晶和不同晶体学取向的三维等轴多枝晶的生长形貌,最后研究了将微观组织和宏观模拟全面耦合起来的壁面等轴晶的竞争生长、柱状晶向等轴晶的转变过程(CET转变).计算结果表明,在纯扩散条件下,枝晶呈现出对称的生长现象,在自由枝晶稳态生长条件下,枝晶尖端速度、尖端半径与过冷度的关系与Lipton-Glicksman-Kurz(LGK)理论模型吻合较好.自然对流对单个枝晶形貌有明显的影响,使得枝晶的生长呈现不对称性,即枝晶在迎流方向上的生长得到促进,在顺流方向上的生长受到抑制.对耦合宏观场与微观组织铸锭CET过程的计算表明,自然对流使得CET转化提前,加速了凝固进程,并有细化晶粒的作用.

摘要： 基于形核物理机制和枝晶生长动力学理论,考虑了焊缝熔池凝固过程枝晶生长的择优取向问题,建立了焊缝熔池凝固的元胞自动机模型,成功模拟出焊缝熔池的联生结晶现象,显示了溶质场分布规律,并讨论了界面扰动对枝晶生长的影响.计算结果表明,界面扰动影响晶体的分枝,从而形成不同的凝固组织形态;凝固过程始终存在着溶质偏析现象,主要分布在二、三次枝晶臂中.

摘要： 本发明涉及混凝土技术领域，且公开了一种利用混凝土凝固放热防止运输过程凝固的智能化装置，包括储存罐，所述储存罐内壁底部活动连接有搅拌桨，储存罐内壁侧面固定连接有传热板，传热板的表面固定连接有水银仓，水银仓的顶部活动连接有推动杆，推动杆的顶端活动连接有第一齿轮，气囊的底端固定连接有进料口，进料口内壁底部固定连接有缓凝剂仓，磁铁顶部固定连接有电接头，水银仓的侧面固定连接有指示灯，储存罐的侧面活动连接有第二齿轮，通过水银仓吸热膨胀带动推动杆上移，带动第一齿轮和第二齿轮啮合，带动缓凝剂通过进料口进入储存罐内，当缓凝剂质量达到预警值时，两电接头接触，指示灯发出预警信号。

摘要： 本发明公开了一种计算金属凝固过程中晶体生长速度的快速分析方法，它是利用可控冷速的热分析装置与金相组织定量分析相结合的方式来科学、准确、直观地计算金属凝固过程中晶体生长速度，实现快速计算目的，相比传统的经验或理论估算和计算机数值模拟方法，具有快速、高效及准确的优势，本发明解决了传统经验或理论估算金属凝固过程中的晶体生长速度精度不高、无法进行实验验证，计算机数值模拟计算复杂体系的晶体生长速度理论操作复杂、无法简易推广应用，同时有效克服同步辐射原位分析成本昂贵、周期长、普适性差的问题。

摘要： 本发明公开了一种油气井水泥浆凝固过程中动态渗透率测试装置及方法，该装置包含：密封浆杯、上端压力控制系统、下端微流量控制系统、温控系统、环空注排系统和计算机控制采集系统。其中，密封浆杯用于内盛装待测水泥浆；上端压力控制系统用于在待测水泥浆上端施加压力；下端微流量控制系统用于控制测试介质在待测水泥浆内部微渗流；温控系统用于对待测水泥浆加热测温；环空注排系统用于为密封浆杯内注排加热介质。本发明以微渗流方式监测水泥浆凝固过程中渗透率发展的过程，测试介质以微弱的流量渗过水泥浆，不影响水泥浆水化胶凝结构形成；测试介质使用配浆水，不影响水泥浆水化，能够模拟水泥浆在温度、压力下井筒中水化凝固。

摘要： 本发明公开了一种预测真空自耗熔炼铸锭凝固过程的模拟方法，涉及真空自耗电弧熔炼技术领域，通过建立电磁场及流场的相关数学模型，对几何模型进行网格剖分，采用Eulerian‑Eulerian方法，设置三相：金属液、等轴树枝晶、柱状晶，获得相关材料属性，设置相关的边界条件和相关的动网格参数，模拟真空自耗电弧熔炼过程中金属液的流动与凝固，以及电磁场和凝固组织的分布。本发明模拟了真空自耗电弧熔炼过程中熔池的上升及铸锭的凝固过程，得到了凝固过程中金属液的流动形态，具备预测铸锭的宏观偏析的能力，对优化真空自耗电弧熔炼工艺获得成分均匀的铸锭有重要指导作用，对实际生产有重要的意义。

摘要： 本发明属于合金铸造技术领域，具体公开了一种凝固过程中形成纳米铬相的铜合金铸件及铸造方法，采用“熔模+离心”铸造技术，通过控制熔炼温度、浇注温度、真空度、离心机转数等工艺参数制备出的Cu‑0.43Cr‑0.22Zr‑0.092Mg合金铸件，铸态组织中存在大量的纳米粒子，这些纳米粒子在固溶处理过程中，容易溶于基体中，为随后的时效过程中形成更多细小的纳米析出相奠定了良好的基础，且其导电率达到80.6％IACS，抗拉强度达到580MPa。

摘要： 本发明公开了一种在热模拟试验机上熔化凝固过程控制方法，在加热的第一阶段采用力控制，可以有效避免由于试样受热膨胀导致的试样中间区域出现鼓包，防止鼓包对石英套管的挤压，造成石英套管损坏，导致试验失败；在加热的后段、保温、凝固阶段采用位移控制，可以有效的减少外部电流电压波动、力传感器波动导致的控制不稳现象，并根据加热阶段、熔化阶段、冷却阶段的试样体积变化，制定拉伸或压缩补偿设计，保障试验的平稳运行，得到缺陷较少的凝固试样。本发明能应用于连铸坯的裂纹产生原因研究，再现钢液的凝固过程，能够更加准确的测定材料的脆性区间，为铸坯的质量提升服务。

摘要： 本发明公开了一种立式离心铸造凝固过程空缺体积分配方法、装置及设备，方法包括：获取进行模拟离心铸造时的离心转速和离心转轴，计算铸件网格各节点的等效高度；根据铸件网格各节点的等效高度，获取铸件网格的等效高度区间；读取需要进行分配的空缺总体积以及差分网格的步长，获得空缺体积分配区间；根据等效高度区间以及空缺体积分配区间，获得分配系数；根据分配系数以及空缺总体积，为铸件网格分配空缺体积；根据步长向下移动形成新的空缺体积分配区间，在新的空缺体积分配区间内进行剩余空缺体积的分配，直到完成所有空缺体积的分配。本发明具有各铸件网格等效高度的计算结果连续性好，空缺体积分配算法适应性强，计算结果均匀性好等优点。

摘要： 本发明提供一种金属材料非平衡凝固过程模拟测试系统和方法，金属材料非平衡凝固过程模拟测试系统包括：熔滴获取装置具有熔滴出口，熔滴获取装置用于由熔滴出口输出具有设定温度的待测金属材料的熔滴；基板平台设置于熔滴出口的下方，基板平台的顶部用于放置试验基板；调温装置设置于基板平台的顶部，用于调节试验基板上的温度分布；激光加热装置用于朝向试验基板的上表面发射激光束，以加热落至试验基板上的熔滴；温度场检测装置用于检测试验基板上的温度分布；控制器与熔滴获取装置、调温装置、激光加热装置和温度场检测装置连接。本发明能够实现试验基板温度分布梯度和温度梯度变化对金属材料非平衡凝固成型影响的研究。

摘要： 本发明涉及一种钢锭凝固过程温度场数值模拟系统，包括前处理模块、中间计算模块和后处理模块，前处理模块通过制图软件构建钢锭模型并根据钢锭模型生成体积网格，前处理模块又对钢锭模型生成的体积网格进行网格划分，中间计算模块通过对钢锭模型设置的参数进行流场、温度场和凝固场的模拟计算，并对计算后的结果进行分析，预测铸造钢锭质量，后处理模块实时显示钢锭模型的计算结果。本发明通过建立钢锭模型，设置钢锭模型的参数并进行流场、温度场和凝固场进行仿真分析和模拟计算，实现对即将要浇铸的钢锭的质量预测，发现并优化影响钢锭质量的参数，完善浇铸设备和浇铸工艺，减少人力和物力的损耗，提高经济效益。

摘要： 本实用新型涉及一种多晶硅定向凝固装置，具体涉及一种提高多晶硅定向凝固过程中除杂效果的定向凝固装置，包括炉体，炉体内放置有石英坩埚，石英坩埚外壁由内向外依次环绕设置有石墨发热体、保温套筒和感应线圈，石英坩埚底部设置有与炉体底部通连的水冷拉锭机构，其特征在于保温套筒的高度为石英坩埚高度的1.5～2倍。本实用新型所具有的有益效果是：此装置能够实现硅熔体的定向生长，能够很好的实现定向凝固去除多晶硅中金属性杂质的目的。使用该装置能够很好的将石英坩埚侧壁在下拉过程中的热辐射拦截，有效的降低了侧壁的辐射散热，使定向凝固效果较常规定向凝固方式更好。侧壁向中心方向生长的晶粒相对于常规装置减少90%以上。