一、铝锡合金电磁搅拌中电磁场的模拟分析(论文文献综述)
王均鹏[1](2021)在《钛硅合金电磁分离及传热特性研究》文中研究表明高钛型高炉渣金属热还原制备高硅钛硅合金是处理炉渣堆积的比较具有潜力的方法,但制备的高硅钛硅合金存在应用范围窄、用量少等问题。为了拓宽其应用本文通过电磁定向凝固技术将高硅钛硅合金分离为硅相和钛硅合金,而凝固过程中熔体的对流扩散与温度分布对Ti-Si基合金中的初晶Si与Ti-Si合金的分离有重要的影响。故本文以Ti-89 wt.%Si合金熔体为电磁定向凝固的研究对象,以电磁场中的基本控制方程为基础,建立了合金熔体电磁定向凝固过程中电磁场-流场-热场耦合的二维轴对称有限元模型,采用COMSOL Multiphysics 5.4商业软件模拟了Ti-89 wt.%Si合金熔体电磁定向凝固过程。本文首先采用数值模拟研究了下拉速率(v)、功率(p)、电流频率(f)和坩埚尺寸(d)对硅相与合金分离的影响,研究结果发现:当下拉速率为10μm/s时,熔体的对流扩散能力较强,熔体成分分布更加均匀,且此时熔体的冷却速率最小,为晶体生长过程中凝固前沿吸收硅原子或者团簇提供了有利的条件。随着功率(p)从3.8kW增加至5.4kW,熔体表面中的回流现象减弱,当功率为5.4kW时,熔体的电磁搅拌作用最强,此时利于硅相的富集。当高频感应炉的输入频率从15k Hz增加到50k Hz,熔体在轴向旋转的速率降低,且由于集肤效应的影响,熔体中轴向向下的旋转流动转变为轴向向上与向下两个方向的旋转流动;当电流频率为15k Hz时,熔体中产生的电磁搅拌效果最好,熔体的平均流速达到最大,硅原子向凝固前沿富集,有利于初晶硅的形核与生长。随着坩埚尺寸(d)的增加,熔体中的流动速率增大,电磁搅拌效果改善,但与此同时,集肤效应也越明显,熔体中轴向旋转流动的模式发生改变。其次,结合实验对电磁分离过程进行了研究,实验结果表明,较大的下拉速率(v)不利于初晶硅的分离和富集,当下拉速率为50μm/s时,硅富集层中夹杂的Si+Ti Si2相逐渐增多,硅的富集效果减弱,含量降低至88.04%。随着功率(p)逐渐的提高,硅富集层中Ti-Si共晶合金相的数量略有减少;当功率为5.4kW时,硅富集层的硅含量达到95.84%,此时的富集效果最好。
黄祺洲[2](2020)在《多模式磁场电磁搅拌器磁流耦合数值模拟及工艺参数优化》文中认为电磁搅拌(Electromagnetic Stirring;EMS)技术广泛应用于连铸生产中。电磁搅拌是电磁电器激发的交变磁场渗透到钢水中,在其中感生起感应电流,该感应电流与当地磁场相互作用,产生洛伦兹力带动钢水运动。电磁搅拌技术是把电磁搅拌器与铸坯作为一个整体来考虑,其分类也必须涉及电磁搅拌器本身以及与铸坯相关联的搅拌器的安装位置和铸坯内钢水的流动形态。本课题选取了一种,多模式磁场坩埚电磁搅拌器,该电磁搅拌器是针对科研院校的研究实验要求,由高校与电磁搅拌器制造厂商共同研制。本论文以多模式磁场坩埚电磁搅拌器为研究对象,利用Ansoft Maxwell软件建立电磁搅拌器的电磁场数值分析模型,求解获得各模式磁场电磁搅拌过程中坩埚内电磁场分布规律以及各项工艺参数对电磁场的影响。在各类磁场型电磁搅拌作用下,磁场分布各具特征,可对不同类型的铸坯产生相应的冶金效果。通过改变电磁搅拌的各项工艺参数,可调节磁场的大小和形态。利用Fluent软件建立电磁搅拌器内坩埚以及金属熔体的流场计算模型,从电磁场模拟结果中导出X、Y、Z各向磁感应强度以及各节点的位置信息,利用自编MATLAB程序,转化出“mag”格式磁场文件,该文件类型可用于Fluent中的MHD(磁流体动力学)接口,为流体加载上特定磁场文件,求解获得金属熔体流场分布规律以及各项工艺参数对于流场的影响。通过对坩埚内流体在电磁搅拌过程中的流场数值模拟,体现出了各类磁场对于金属熔体流动的影响,结合磁场数值模拟结果,综合得出了工艺参数的改变与流体运动分布之间的关系。根据数值模拟分析的结果,我们得出合理工艺参数的范围,通过实验室的多模式磁场电磁搅拌实验平台,利用得出最优工艺参数区间进行材料试验,进一步对工艺参数进行对比优化试验。
李泽文[3](2020)在《电磁搅拌方式对半固态铝合金中温度场和流场的影响》文中进行了进一步梳理铝合金熔体中施加电磁搅拌能明显的影响熔体的流动状态。但是,研究人员对半固态铝合金熔体流动的规律、温度场的分布情况以及铝合金熔体中溶质扩散的认识,还存在一些不足。而半固态铝合金凝固时的温度场、流场等对铝合金的最终坯料影响很大。以往的电磁搅拌工艺研究中,使用的电磁搅拌方法大部分是单向连续电磁搅拌,为了获得更好的传热、传质效果,在半固态铝合金浆料的制备过程中可以改变电磁搅拌方式。但是,传统的合金凝固理论或实验手段,还难以揭示不同电磁搅拌方式对半固态铝合金溶体流动及温度变化的影响。为此,本课题应用数值模拟技术,辅以实验手段,针对复杂的电磁搅拌条件下半固态铝合金熔体中温度场、流场的现象开展必要的研究。在电磁搅拌工艺制备高质量半固态A356铝合金过程中,主要对不同电磁频率、不同电流强度和不同电磁搅拌方式对半固态合金浆料质量的影响进行系统研究。通过改变电磁搅拌参数,控制电磁搅拌过程,提高合金熔体流动速率的同时均匀熔体内的温度场,使合金熔体处于最佳凝固环境;通过添加稀土和改变电磁搅拌方式,增加合金熔体中共晶反应,改变熔体流动速率,增加有效形核率,达到更好的电磁搅拌效果。本课题通过实验研究验证数值模拟的方法,系统研究了电磁搅拌工艺参数以及电磁搅拌方式对半固态A356铝合金电磁场、流场和温度场分布以及凝固组织的影响。采用数值模拟技术,建立磁场二维数值模型和流场三维数值模型,研究不同搅拌参数对磁感应强度、电磁力、半固态铝合金熔体最大流速的影响,以及对初生相形貌的影响。结果表明:由于集(皱)肤效应,合金熔体中的电磁力由内向外逐渐增强,磁感应强度随电磁频率的增大呈现出“中心小,边缘大”的特征,且在结晶器径向的0.8R-0.85 R处达到最大;在电磁搅拌频率25Hz、电流4A、搅拌时间12s时,熔体流速较其他搅拌参数最大;半固态A356铝合金在650℃浇铸后恒温电磁搅拌,在电磁搅拌参数为30Hz、4A时搅拌12s后,590℃保温10min,得到的初生相形貌最佳,此时的平均等积圆直径为80.6μm,平均形状因子为0.78。采用数值模拟技术,建立二维温度场模型,在不同电磁搅拌参数下熔体内受到的最大电磁力基础上,研究单向连续电磁搅拌、不同搅拌参数对半固态A356铝合金熔体中温度分布的影响以及对初生相形貌的影响。结果表明:当电流较小时,电磁频率逐渐增大温度差逐渐减小,且在4A、30Hz时温度差最小,此时温度差为0.826℃;当电流强度增大后,电磁频率逐渐增大温度差出现先减后增的趋势,且在5A、25Hz时温度差最小,此时温度差为0.837℃,在搅拌参数30Hz、4A下温度场最均匀,有利于晶粒细化。半固态A356铝合金在650℃浇铸后恒温电磁搅拌,在电磁搅拌参数为30Hz、4A时搅拌12s条件下得到的初生相形貌最佳,此时平均等积圆直径为73.5μm,平均形状因子为0.79。在相同搅拌参数下,研究不同搅拌方式对合金熔体流场的影响以及合金凝固组织的影响。数值模拟和实验研究结果表明:双向连续电磁搅拌(正转6s,反转6s)比单向连续电磁搅拌(正转12s)和双向间歇电磁搅拌(正转6s,停止1s,反转6s)效果更好;形成和完善了一种制备半固态铝合金浆料的新工艺及制备工艺参数,当铝合金熔体于650℃浇注到铸型中,在4A、30Hz,双向连续电磁搅拌12s(正转6s,反转6s)条件下得到的熔体流速最大,此时铝合金熔体流速x轴最大流速为82mm/s,y轴最大流速为72.5mm/s,z轴最大流速45.6mm/s。此时初生相组织形貌最佳,此时初生相的平均等积圆直径为59.3μm,平均形状因子为0.84。
赵军超[4](2020)在《电磁搅拌工艺中坩埚形状对半固态铝合金组织影响的研究》文中提出电磁搅拌技术的发展历程虽然很短,但对合金熔体的凝固过程和凝固组织影响极大,且具有非接触、无污染和可控性强等优势与广阔的应用前景,在制造工业领域得到了广泛应用。把握电磁搅拌作用下半固态合金熔体的流动规律,研究其对合金凝固组织演变和组织细化的影响,对能否获得优质浆料并提高合金性能极为重要。本文通过实验与数值模拟相结合的方法,研究了电磁搅拌下非圆坩埚中合金熔体的电磁场、流场及温度场的分布情况,旨在阐明电磁搅拌参数和非圆坩埚长短轴比例参数对半固态A356合金的凝固过程和凝固组织的影响,为制备出性能优良的半固态A356浆料提供技术支撑。研究了非圆坩埚长短轴比例对半固态A356合金固-液相变的影响。随着坩埚长短轴比例的增长,长短轴端点处完全凝固所需时间越来越少,长轴端点处完全凝固所用时间比短轴少。且由于合金熔体内部热传导与热对流的影响,熔体的最高和最低温度都呈现出下降的趋势,下降的幅度较小,但熔体内的最高温度与最低温度的差值随着坩埚长短轴比例的增加而逐渐增大。当熔体完全凝固后,合金只进行热传导,此时合金的温降速度大幅度提高。研究电磁搅拌频率和电流强度对半固态A356合金内电磁场、流场和温度场的影响。非圆坩埚中长短轴上的最大电磁力随着不同的电流强度和电磁频率增加,在径向上逐步增大,到0.8-0.9倍的坩埚半径处的电磁力达到最大值,超过该距离后,电磁力又开始急剧降低。在搅拌时间一定的情况下,电磁频率为30Hz,电流强度为5A时,熔体内部的组织形貌达到最佳。此时,半固态合金初生相的平均等积圆直径为106.1μm,平均形状因子为0.72。在适当电磁频率和电流强度的研究基础上,研究非圆坩埚长短轴比例对半固态A356-Y合金的影响。随着坩埚长短轴比例的增加,长轴上的最大电磁力呈现出先上升后下降的趋势,而短轴上的最大电磁力则呈现出先下降后上升的趋势;当非圆坩埚长短轴比例为1.3时,长轴上的最大电磁力达到最大,而短轴上的最大电磁力达到较小值,合金熔体内的最大流速比其他比例下的最大流速都要大,且流速差值的变化规律整体上与长轴上的最大流速的变化趋势一致,整体上均呈现出先上升后下降的趋势,并且长短轴比例为1.3时熔体的流速差达到较大值。通过实验研究,获得了制备半固态A356合金浆料的适合的工艺参数:电流强度为5A,电磁频率为30Hz,坩埚长短轴比例为1.3。
刘政[5](2020)在《电磁场作用下半固态合金熔体流动行为对凝固组织的影响》文中进行了进一步梳理电磁场技术在半固态合金加工中的应用促进了制备工艺的开发和创新,也为获得高质量的半固态合金制品提供了保障。电磁场引起的半固态合金熔体流动状态和性质对合金元素传输、晶粒长大、温度场分布、凝固组织等均有重要影响。主要综述了电磁场对半固态合金流动行为的影响、数值模拟技术在解析半固态合金流动行为中的应用等方面的研究进展,并结合笔者的研究经历介绍了电磁场搅拌技术在半固态合金浆料制备中的应用、熔体流动对半固态合金凝固组织的影响,以及在半固态合金熔体流动特性研究中的新发现。在这些研究工作的基础上,着重综述了应用商业软件和数学建模对半固态合金熔体中电磁场作用引起的流动行为进行模拟、仿真所做的工作和取得的成果。最后,对电磁场技术在半固态合金加工中的应用以及电磁场作用下半固态合金熔体流动特性对半固态合金凝固组织影响的研究进展进行了总结,并对其发展前景和主要发展方向进行了展望。
杨川[6](2019)在《金属管件微裂纹的电涡流修复方法及机理研究》文中研究说明结构材料失效往往造成灾难事故和重大经济损失。如果在材料失效前,以裂纹等形式存在的损伤能被修复,将会大幅延长结构材料的寿命,并减少经济损失。因此,材料损伤的修复研究具有重要的经济意义与社会意义。本文针对金属管件中微裂纹修复的难题,提出了一种针对不同磁性金属管件微裂纹的电涡流修复方法,通过电涡流处理试验研究了其对微裂纹修复规律及性能的影响,并采用ANSYS与MAXWELL有限元仿真软件模拟分析了电涡流处理过程中微裂纹附近的物理场变化,揭示了金属管件微裂纹的电涡流修复机制。采用中频感应加热电源作为放电装置,对铁磁性1045钢管件疲劳裂纹开展了谐波电涡流修复试验。试验结果表明轴向裂纹最容易被修复,环向裂纹的修复最困难,而倾斜裂纹介于二者之间。延长处理时间,增加处理次数或者提高处理功率都可以提高疲劳裂纹的愈合程度。谐波电涡流处理可以延缓疲劳裂纹的萌生及扩展:在裂纹萌生前对轴向裂纹试样进行60 k W谐波电涡流处理1s,疲劳裂纹的萌生从5×104次疲劳延缓至6.5×104次;在裂纹萌生后的处理使得裂纹扩展速率从10.3μm/104次疲劳降低至4.1μm/104次。开展了1045钢管件疲劳裂纹谐波电涡流处理过程的有限元仿真,揭示了疲劳裂纹的修复机理。仿真结果表明轴向裂纹的存在导致电涡流在裂纹尖端汇聚,进而在裂纹尖端产生了较高的温度及环向热压应力,使得疲劳裂纹宽度变窄,裂纹尖端闭合。在后续处理过程中,电涡流将绕流新的裂纹尖端,使得裂纹可以继续愈合。经过多次处理后,疲劳裂纹逐步完全修复。环向裂纹对电涡流分布影响较小,几乎不会产生温度梯度,不容易被修复。而倾斜裂纹的情况则介于轴向与环向裂纹之间。采用高电压脉冲电源作为放电装置,对非铁磁性稀土镁合金旋压管件微裂纹开展了脉冲电涡流修复试验。试验结果表明随着脉冲电涡流处理次数的增加,微裂纹逐渐愈合,且在一定范围内提高放电电压有利于微裂纹的修复。与外放电方案相比,内放电方案中微裂纹的愈合程度更为显着。有限元仿真显示在脉冲电涡流处理过程中,管件内部产生高密度电涡流与较大洛伦兹力。镁合金管件的受力状态表明无论在内放电方案还是外放电方案中,径向裂纹与切向裂纹在电涡流引起的局部热效应和洛伦兹力的联合作用下都可能被修复。研究了脉冲电涡流处理对镁合金旋压管件力学性能的影响。在外放电方案中,随着处理次数的增加,试样的强度与延伸率都有所提高,在放电电压6k V下处理15次后,试样的屈服强度提高了16.56%,抗拉强度提高了12.76%,延伸率提高了53.04%。在内放电方案中,试样强度与塑性同样随着处理次数的增加而提高,并且对旋压件力学性能提升更明显。连续脉冲电涡流处理有利于微裂纹的愈合,但热量累积过高有可能烧坏管件。针对脉冲电涡流处理后的旋压试样进一步开展了热处理实验,发现固溶处理降低了试样强度而提高了延伸率;时效处理提高了试样强度但降低了试样塑性;固溶时效试样的强度与延伸率则位于时效试样与固溶试样之间。在时效析出过程中,析出相容易在裂纹表面偏聚,从而有利于裂纹的修复,所以脉冲电涡流处理再时效处理试样的性能提升幅度要略大于直接热处理试样。通过1045钢管件与稀土镁合金旋压件的电涡流处理实验与仿真研究可知,铁磁性材料管件内微裂纹可以利用感应加热电源进行谐波电涡流处理来修复,非铁磁性材料管件可以利用脉冲电源进行脉冲电涡流处理来修复。两类材料管件内微裂纹的修复都与电涡流绕流微裂纹产生的局部热效应有关,而非铁磁性材料管件内微裂纹的修复还受到脉冲电涡流处理诱发的洛伦兹力的影响。
孟宪宇[7](2019)在《Nb-Ti-Si合金等离子—感应复合熔炼数值模拟与实验研究》文中进行了进一步梳理Nb-Ti-Si合金是高推重比航空发动机高压涡轮叶片以及新一代高速飞行器的耐1200℃以上高温结构件的重要候选材料。它具有高熔点、高活性、成分复杂且含有低熔点合金元素等特点。为了解决Nb-Ti-Si合金难熔配并改善宏观偏析等问题,本研究提出了等离子-感应复合熔炼技术,并搭建了等离子弧-水冷铜坩埚感应悬浮复合熔炼设备,围绕感应悬浮熔炼及复合熔炼技术的传输行为开展了数值模拟及成分分布规律的研究。本文的研究有助于掌握超高温金属复合熔炼过程中的传输现象,对高熔点高活性金属材料复合熔炼新技术开发和工艺优化等具有重要的理论指导意义和工程应用价值。本文在深入了解感应熔炼及等离子弧-感应复合熔炼过程的加热特点及相关物理传输现象的基础上,分别建立了耦合电磁场、温度场和流场的三维数学模型。在各自所需的感应热源模型、“感应热源+随匙孔深度变化的热流”复合热源模型的基础上,通过结合VOF追踪算法、热焓-孔隙率法以及多种流体驱动力如电磁悬浮力、表面张力、Marangoni剪切力、热浮力、重力等,详细描述了两种熔炼方式下从加热阶段至冷却阶段所历经的各种传热及流动现象。整个数值程序的实施主要基于Ansys Maxwell电磁场有限元软件和Ansys Fluent流体动力学分析软件。通过前者获得所需的热源源项及电磁悬浮力源项,并将其导入后者中实现二者交互耦合。在Ansys Fluent软件中,基于用户自定义函数UDF编程添加相关热源模型、各类散热边界条件及各种流体驱动力边界条件,使用有限体积法和PISO算法完成数值程序的离散并进行求解。基于所建立的三维感应熔炼数值模型,系统分析了加热阶段及冷却阶段熔体的热量传输行为及驼峰的形成演变。研究表明,加热初始阶段熔体由表及里沿径向发生熔化,熔体上表面形成与水平面呈锐角的环形隆起,随后环形隆起不断向中心包络靠近直至完全合拢形成完整初始驼峰;初始驼峰形成之后,一方面抬升过程持续直至达到动态稳定;另一方面,驼峰尖端熔化区域开始向下方低温区域进行热量传输,导致其下方低温固相区高度不断减小。受深度方向上传热能力的限制及感应热源径向功率密度衰减的影响,最终在坩埚中心底部形成局部凝壳。冷却阶段驼峰发生回落并经历多次内部回弹振荡,最终形成Nb-Ti-Si合金锭。通过与Nb-Ti-Si合金感应熔炼获得的合金锭的形貌对比,验证了感应熔炼三维模型建立的可靠性。基于所建立的三维等离子弧-感应复合熔炼数值模型,系统分析了加热阶段及冷却阶段熔体的热量传输行为及驼峰形成演变过程。研究表明,加热初始阶段熔体同时受到电磁感应热源诱导的径向热流传输以及芯部中心等离子弧热源及等离子弧压力诱导的向坩埚底部的热流传输的共同作用。在这两种机制作用下,最终炉料完全熔化;随后,同时关闭两种热源,悬浮驼峰发生回落并经多次内部回弹振荡最终形成Nb-Ti-Si合金锭。通过与Nb-Ti-Si合金等离子弧-感应复合熔炼驼峰形貌、熔炼获得合金锭的形貌对比,验证了等离子弧-感应复合熔炼计算结果的准确性。通过比较分析感应熔炼以及两种变频复合熔炼下同一深度截面距离熔体芯部不同位置点上的热循环曲线以及驼峰升高曲线可知:(1)等离子弧热源的匙孔效应,使感应加热在径向传热的基础上加速向坩埚底部高效传输;(2)在保持其它条件不变的前提下,增加复合热源中感应热源的频率,能够以降低电磁悬浮力幅值的方式,减少准稳态悬浮驼峰形成时间及高度,进而借助增加等离子弧热源传热效率达到提高熔炼效率的目的。对等离子-感应复合熔炼Nb-Ti-Si合金锭成分分布进行了系统检测和分析,采用方差方法评价成分均匀性,获得了Nb-Ti-Si合金锭成分分布规律及其随工艺参数变化规律。采用纳米压痕和微柱压缩技术研究Nbss和(Nb,Ti)3Si相在Nb-Ti-Si合金中的微观力学行为。本研究中获得的各组成相的量化性能有助于更好地理解Nb-Ti-Si合金的宏观变形行为,并且可以进一步应用于模拟研究的力学模型中。
杨耀华[8](2018)在《TiAl基合金冷坩埚定向凝固过程中传输特性研究》文中研究指明TiAl基合金密度低且具有较高的比强度,同时高温强度、抗氧化和抗蠕变性能优异,作为一种潜在的航空发动机叶片材料具有轻质耐高温的优势。研究表明,利用定向凝固技术可获得具有平行于生长方向的全片层组织TiAl基合金,其蠕变和疲劳强度显着提高。电磁冷坩埚定向凝固技术解决了TiAl基合金定向凝固过程中熔体易受污染且尺寸较小的问题,初步展现出了良好的应用前景。但是,电磁冷坩埚定向凝固时熔体中存在复杂的传热、传质现象,将对定向凝固组织产生显着的影响。本文系统研究了电磁冷坩埚定向凝固过程中传热、传质特性,揭示了电磁冷坩埚定向凝固时界面及成分调控机制,优化了电磁冷坩埚定向凝固工艺。建立了电磁冷坩埚感应加热3-D模型,并通过磁场和温度场测量对模型进行验证。通过对不同工艺条件下冷坩埚内物料中电磁场和感应加热时温度场模拟计算,得到了物料内电磁场分布规律及冷坩埚感应加热特性,优化了冷坩埚感应加热效率。研究结果表明,当物料在冷坩埚内位置满足关系式hm<h1+h2<hm+δ时,物料中将被感应出最大的磁感应强度。此时,可以用较短的时间将物料感应熔化且物料中温度较均匀。优化工艺后,电磁冷坩埚感应加热效率提高。通过分析冷坩埚结构及电源参数对熔池中电磁力的影响,定义了决定冷坩埚内熔体流动的4个无量纲参数,即:电磁力与粘滞力比值的Ha数,表示高频磁场集肤效应的磁雷诺数Rω,表征线圈与熔体相对位置的线圈-熔体相对位置数h以及表征熔体形状的参数H/L。建立了定向凝固用冷坩埚内流场计算3-D模型,并采用示踪法对流场计算结果进行了验证。研究发现,电磁冷坩埚内熔池中存在强烈的三维流动。熔池纵截面上存在4个径向环流且以轴线对称,最大速度位于熔池表面集肤层内;在熔池横截面上,由于冷坩埚结构和高频磁场的耦合作用将引起周向流动。分析了无量纲参数对熔池内流场的影响规律,结果表明:随着Ha和H/L的增加,电磁耦合增强,熔池内流速和湍动能逐渐增大。Rω影响径向环流分布及流速,Rω越大环流越靠近熔池表面,且当Rω=50时熔体流速最大。h显着改变径向环流的相对大小,随h增加,熔体流速减小而湍动能增加。建立了冷坩埚内电磁场、成形力场、流场和温度场的多物理场耦合模型,通过实验测量以及数值模拟获得了多物理场耦合作用下熔池温度场变化规律。研究结果表明,冷坩埚内熔体温度受到熔池形状和内部流动的显着影响。熔体温度增量随功率的变化符合S型曲线规律,当功率在47.9 kW到55.1 kW范围内时,熔体温度随功率增加的升温速度较快,而熔池在坩埚内高度为36 mm到38 mm范围时温度达到最大值。建立了冷坩埚定向凝固时液相区、糊状区和固相区传热模型,得到了液相区与糊状区以及糊状区和固相区传热规律,揭示了冷坩埚定向凝固工艺对糊状区温度及凝固界面形状的影响机制。通过分析液相区与糊状区对流传热,推导出对流传热条件下糊状区温度分布关系式以及糊状区轴-径热流密度比,结合熔池形状解释了其对凝固界面形状的影响机理。通过分析定向凝固时糊状区与固相区传热,得到糊状区和固相区轴向温度分布函数。研究发现,冷坩埚定向凝固时凝固界面高度随着对流传热、感应热和抽拉速度的增加而降低。基于传热分析,优化电磁冷坩埚定向凝固TiAl基合金工艺后,获得了平直的凝固界面。基于冷坩埚内熔体流动规律,进一步对熔池中对流传质及成分分布进行分析。结果表明,较大的Ha,Rω和H/L,以及较小的h参数有利于提高熔池中及凝固界面前沿成分均匀性。此外,电磁冷坩埚内强烈的三维流动显着提高了其对熔体的搅拌效率。建立了电磁冷坩埚定向凝固平界面时溶质边界层内对流传质模型,揭示了电磁搅拌对定向凝固铸锭中溶质分布影响机制。基于对流-扩散参数,推导出冷坩埚定向凝固时熔池中成分随凝固距离变化的关系式;结合凝固界面前沿对流传热模型,得到了凝固界面前沿成分过冷度的表达式。分析可知,随着凝固前沿熔体流动速度的增加,熔池中溶质浓度减小,凝固界面前沿成分过冷度减小。在不同条件下对TiAl基合金定进行向凝固,得到了冷坩埚定向凝固TiAl合金熔池及铸锭中成分分布及组织演化规律。结果表明,通过调控冷坩埚工艺参数可以消除熔池内及凝固界面前沿溶质偏析,得到均匀的凝固组织。利用电磁冷坩埚进行定向凝固时,较小的冷坩埚横截面尺寸以及功率,较大的抽拉速度,有利于提高铸锭中成分的均匀性。优化冷坩埚定向凝固工艺后,得到了柱状晶尺寸较大且成分、组织均匀的TiAl基合金定向凝固铸锭。
陈志平[9](2018)在《坩埚尺寸与形状对半固态A356合金浆料影响的数值模拟及实验研究》文中认为在半固态合金浆料制备过程中,研究了坩埚尺寸与形状对半固态合金浆料质量的影响。通过改变坩埚尺寸与形状可控制有效形核率,增加熔体结构的均匀性;其次通过改变几何形状使得流动状态得到控制,促进二次流的形成,加强熔体混合和内部流动换热,增加散热的均匀性。利用坩埚结构尺寸的变化,可以在恒定的电磁频率作用下,实现熔体流动变化,有望对熔体凝固组织产生影响,而且操作更节能、更简单。获得合适的坩埚半径、坩埚形状以及电磁搅拌工艺参数为探索高效经济的控制理论与技术和工业制备高性能半固态铝合金的新工艺打下基础。本工作通过数值模拟和实验研究相结合,系统研究了电磁搅拌工艺中坩埚尺寸与形状对半固态A356铝合金液固相变规律、电磁场、流速和温度分布以及凝固组织的影响。研究了坩埚半径对A356铝合金液固相变规律和电磁场的影响。随坩埚半径的增大,端点处熔体完全液固相变所需时间越长。磁感应强度和电磁力分别从坩埚中心到坩埚径向上0.85倍和0.9倍距离左右逐渐增大。进一步研究坩埚半径和电磁频率对半固态A356铝合金最大流速和温度分布的影响。发现最大流速随坩埚半径和电磁频率的增大而增大;当电磁频率为30Hz,坩埚半径为30mm时,最大流速为148.9mm/s。随电磁频率的增大,温度分布越来越均匀。现有实验设备在制备优质半固态铝合金浆料时的坩埚半径为30mm。在较大坩埚半径的研究基础上,提出非圆坩埚的设计思路,希望坩埚中同一水平面上的合金熔体在电磁搅拌作用下具有不同的流动速度和流动状态,为此,研究了坩埚长短轴比例对A356铝合金液固相变规律和电磁场的影响。随坩埚长短轴比例的增大,短轴端点处完全液固相变所需时间变化不大,而长轴端点处完全液固相变所需时间逐渐减小。当坩埚长短轴比例为1.1到1.3时,长轴上0.9倍距离左右的最大电磁力先减小后增大,短轴上0.9倍距离左右的最大电磁力一直减小;长短轴比例为1.1时,磁感应强度平均值较小,且出现磁感应强度几乎为0的距离较适中,电磁力平均值最大。研究坩埚长短轴比例和电磁频率对半固态A356铝合金的流动规律和温度分布。坩埚长短轴比例越大,短轴上所受的最大流速呈先增大后减小的趋势,在长轴上所受的最大流速呈先增大后减小再增大的现象;频率越高,短轴和长轴上的流速差越明显,因而可使得熔体流动时出现“加速-减速-加速”的循环运动现象。当电磁频率和坩埚长短轴比例分别为30Hz和1.1时,坩埚长轴和短轴上的最大流速分别为153.6mm/s和143.2mm/s,流速差最小。当坩埚长短轴比例一定时,随电磁频率的增大,温度梯度逐渐减小,温度分布越来越均匀。现有实验设备在制备优质的半固态铝合金浆料时的较优坩埚长短轴比例为1.1。研究了坩埚长短轴比例、电磁频率以及搅拌时间对半固态A356铝合金浆料组织形貌的影响。制备最优组织形貌的半固态铝合金浆料时的工艺参数为:坩埚长短轴比例为1.1,电磁频率是30Hz,搅拌时间是12s。
张君[10](2018)在《钢-Al20Sn复合板液液相铸轧复合研究》文中指出为了解决现有钢背复合板制备技术中存在的“节能、减排”问题,本文开展了钢背铝锡复合板的液液相短流程铸轧复合成形研究,具体研究工作如下:在A120Sn合金液制备研究中,研发了紊流作用增强的电磁机械复合搅拌技术,采用电磁与流动耦合结合两相流的模型对合金液的搅拌过程开展了数值模拟研究,得到了叶片径向角度、轴向角度、电磁频率和搅拌时间对Sn分布的影响规律,并进行了实验验证,成功制备了组织均匀的含有20wt.%Sn的A120Sn合金液。为解决铝锡合金液制备中“阻止Sn沉降偏析、实现合金液组织均匀化”核心问题探索了一条途径。在钢背铝锡复合板液液相铸轧复合研究中,采用伴有相变的热流耦合非线性模型对钢-A120Sn液液相铸轧复合开展了数值模拟研究,初步确定了能够实现钢背铝锡复合板液液相铸轧复合成形的钢液浇注温度、合金液浇注温度、铸轧速度等工艺参数范围。在模拟计算初步确定的工艺参数范围内开展了钢背铝锡复合板液液相铸轧复合成形研究。在复合板液液相铸轧复合界面组织结构的研究中,得到了复合区入口温度、复合时间(复合区长度与铸轧速度的商值)与复合界面层厚度的关系,确定了复合界面层的成分构成,提出了液液相铸轧复合界面层的成形机理。在复合板液液相铸轧复合界面力学性能的研究中,得到了复合界面层厚度与界面剪切强度的关系,并使用基于RSM响应面方程的遗传算法优化了复合工艺,得到了使复合板界面剪切强度最大为69MPa的复合工艺技术。本研究从材料成形加工的源头开展液液相铸轧复合,整个复合过程是在无暴露条件下进行的,复合界面清洁无氧化,形成了可制备高性能钢背铝锡复合板的液液相短流程铸轧复合成形技术,为解决现有钢背复合板制备技术中存在的“节能、减排”问题探索了一条途径。
二、铝锡合金电磁搅拌中电磁场的模拟分析(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、铝锡合金电磁搅拌中电磁场的模拟分析(论文提纲范文)
(1)钛硅合金电磁分离及传热特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 选题研究背景 |
1.1.1 攀枝花钒钛资源利用现状 |
1.1.2 硅及钛硅合金材料的应用 |
1.2 定向凝固技术在分离提纯中的应用 |
1.3 电磁场在定向凝固过程中的应用 |
1.4 数值仿真在凝固过程中的应用 |
1.5 本文的研究内容与意义 |
1.5.1 研究内容 |
1.5.2 研究意义 |
第二章 实验设备及研究方法 |
2.1 实验材料 |
2.2 实验设备 |
2.3 实验过程及检测方法 |
2.3.1 实验流程 |
2.3.2 实验步骤 |
2.3.3 检测方法 |
2.4 数值模拟研究 |
2.4.1 研究对象 |
2.4.2 模型假设 |
2.4.3 电磁感应定向凝固过程有限元模型的建立 |
第三章 高硅钛硅合金电磁分离过程的理论基础 |
3.1 高硅钛硅合金熔体定向凝固相分离过程分析 |
3.2 定向凝固基本理论 |
3.3 感应加热基本理论 |
3.3.1 电磁感应生热理论 |
3.3.2 集肤效应(skin effect) |
3.4 电磁搅拌 |
3.5 晶体生长理论 |
第四章 高硅钛硅合金电磁定向凝固过程熔体流动及传热特性对分离的影响 |
4.1 模型验证 |
4.2 下拉速率对高硅钛硅合金熔体定向凝固过程的影响 |
4.2.1 下拉速率对熔体流场的影响 |
4.2.2 下拉速率对熔体温度场的影响 |
4.3 功率对高硅钛硅合金熔体定向凝固过程的影响 |
4.3.1 功率对熔体流场的影响 |
4.3.2 功率对熔体温度场的影响 |
4.4 电流频率对高硅钛硅合金熔体定向凝固过程的影响 |
4.4.1 电流频率对熔体流场的影响 |
4.4.2 电流频率对熔体温度场的影响 |
4.5 坩埚尺寸对高硅钛硅合金熔体定向凝固过程的影响 |
4.5.1 坩埚尺寸对熔体流场的影响 |
4.5.2 坩埚尺寸对熔体温度场的影响 |
4.6 本章小结 |
第五章 高硅钛硅合金电磁定向凝固组织分析 |
5.1 实验设计 |
5.2 下拉速率对高硅钛硅合金熔体定向凝固组织的影响 |
5.3 功率对高硅钛硅合金熔体定向凝固组织的影响 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
(2)多模式磁场电磁搅拌器磁流耦合数值模拟及工艺参数优化(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 电磁搅拌冶金技术的发展概论 |
1.1.1 国外电磁搅拌技术发展概况 |
1.1.2 我国电磁搅拌技术发展概况 |
1.2 电磁搅拌的类别及特性 |
1.2.1 按使用的激励电源分类 |
1.2.2 按激发的磁场形态分类 |
1.2.3 按激发磁场的电源相数和频率分类 |
1.3 电磁搅拌的数值模拟概论 |
1.3.1 磁流体力学概论 |
1.3.2 电磁搅拌数值模拟概论 |
1.4 本论文的研究目的意义与主要内容 |
第二章 多模式磁场电磁搅拌器原理及设计 |
2.1 电磁搅拌器的磁场激发原理 |
2.2 多模式磁场电磁搅拌实验设备设计 |
2.3 多模式磁场电磁搅拌实验设备结构 |
2.3.1 电磁搅拌器本体 |
2.3.2 电磁搅拌器控制系统 |
2.3.3 电磁搅拌器冷却水系统 |
2.4 本章小结 |
第三章 电磁搅拌器电磁场数值模拟 |
3.1 电磁场数学模型 |
3.1.1 基本假设 |
3.1.2 麦克斯韦方程组 |
3.1.3 本构关系 |
3.2 电磁场有限元模型的建立 |
3.2.1 ANSYS Maxwell软件简介 |
3.2.2 几何模型的建立 |
3.2.3 物性参数的选择 |
3.2.4 网格划分 |
3.2.5 施加边界条件以及激励 |
3.2.6 求解及后处理 |
3.3 磁场数值模拟结果与分析 |
3.3.1 各磁场的作用下电磁搅拌器内磁场分布特征 |
3.3.2 工艺参数对磁感应强度分布的影响 |
3.3.3 工艺参数对电磁力分布的影响 |
3.3.4 网格划分 |
3.4 数值模拟与实测结果的比较 |
3.5 本章小结 |
第四章 电磁搅拌器流场数值模拟 |
4.1 流场的数学模型 |
4.1.1 基本假设 |
4.1.2 磁流体力学模型 |
4.2 坩埚内流体模型的建立 |
4.2.1 ANSYS Fluent软件简介 |
4.2.2 电磁搅拌作用下电磁场与流场耦合 |
4.2.3 流场的有限元模型 |
4.3 各模式磁场电磁搅拌流场计算结果与分析 |
4.3.1 各模式磁场作用对坩埚内流场分布的影响 |
4.3.2 工艺参数对坩埚内流体的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 多模式磁场电磁搅拌器工艺参数的优化试验 |
5.1 各模式磁场电磁搅拌对圆坯质量的影响 |
5.1.1 合金材料的制备 |
5.1.2 金相组织的分析 |
5.2 多模式磁场电磁搅拌工艺参数范围的选择 |
5.2.1 磁场模式的选择 |
5.2.2 工艺参数的选择 |
5.3 本章小结 |
结语 |
结论 |
展望 |
参考文献 |
攻读学位期间主要的研究成果 |
致谢 |
(3)电磁搅拌方式对半固态铝合金中温度场和流场的影响(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 半固态加工技术 |
1.2.1 半固态浆料制备技术简介 |
1.2.2 半固态加工技术现状 |
1.3 熔体流动对半固态凝固组织的影响 |
1.4 电磁搅拌工艺在半固态加工中的研究进展 |
1.5 数值模拟在电磁搅拌技术中的研究进展 |
1.6 研究内容与创新点及意义 |
1.6.1 研究内容与创新点 |
1.6.2 研究意义 |
第二章 实验材料、设备与研究方案 |
2.1 实验材料 |
2.2 实验设备 |
2.3 研究方案 |
2.3.1 电磁搅拌下半固态A356铝合金熔体中电磁场、流场分布的影响 |
2.3.2 电磁搅拌下半固态A356铝合金熔体中温度场分布的影响 |
2.3.3 电磁搅拌方式对半固态A356铝合金凝固组织的影响 |
2.4 实验步骤与金相处理 |
2.4.1 实验步骤 |
2.4.2 金相处理 |
第三章 数值模型的建立、计算及模拟步骤 |
3.1 引言 |
3.2 模型与网格划分 |
3.3 模拟步骤与模拟计算流程 |
3.3.1 模拟步骤 |
3.3.2 模拟计算流程 |
3.4 模型控制方程 |
3.4.1 电磁场控制方程 |
3.4.2 流场控制方程 |
3.4.3 温度场控制方程 |
3.5 模型假设 |
3.6 本章小结 |
第四章 电磁搅拌下半固态A356铝合金凝固时电磁场-流场数值模拟与实验研究 |
4.1 引言 |
4.2 电磁搅拌参数对磁感应强度以及电磁力的影响 |
4.3 电磁搅拌参数对结晶器中熔体流场的影响 |
4.4 实验过程与结果 |
4.4.1 实验过程 |
4.4.2 实验结果 |
4.5 分析与讨论 |
4.6 本章小结 |
第五章 单向电磁搅拌下半固态A356铝合金熔体中温度场模拟与实验研究 |
5.1 引言 |
5.2 电磁频率和电流强度对温度场的影响 |
5.3 实验结果 |
5.4 分析与讨论 |
5.5 本章小结 |
第六章 不同电磁搅拌方式对熔体流动特性的影响 |
6.1 引言 |
6.2 模拟结果 |
6.2.1 不同电磁搅拌方式下电磁频率对磁感应强度的影响 |
6.2.2 不同电磁搅拌方式下电磁频率对电磁力的影响 |
6.2.3 不同电磁搅拌方式下电磁频率对熔体流动特性的影响 |
6.3 实验结果 |
6.4 分析与讨论 |
6.5 本章小结 |
第七章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间的研究成果 |
(4)电磁搅拌工艺中坩埚形状对半固态铝合金组织影响的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 半固态金属成形技术概述 |
1.2.1 半固态成形技术简介 |
1.2.2 半固态成形技术的优点 |
1.2.3 半固态合金熔体制备技术 |
1.2.4 半固态浆料制备方法 |
1.2.5 组织细化机理的研究 |
1.3 电磁搅拌技术原理、特点 |
1.4 电磁搅拌对合金熔体的研究进展 |
1.5 电磁搅拌技术对半固态浆料的应用 |
1.6 研究的意义、内容以及创新点 |
第二章 实验材料、设备及方案设计 |
2.1 引言 |
2.2 实验材料与设备 |
2.2.1 合金材料的选择 |
2.2.2 化学用品及稀土的选择 |
2.2.3 实验设备的选择 |
2.3 实验方案设计 |
2.3.1 电流强度、电磁频率对合金微观组织的影响 |
2.3.2 非圆坩埚长短轴比例对合金微观组织的影响 |
2.4 试样制取与观察 |
第三章 数值模拟模型的建立与计算 |
3.1 引言 |
3.2 模型建立 |
3.2.1 电磁场控制方程 |
3.2.2 流场控制方程 |
3.2.3 温度场控制方程 |
3.3 模型假设 |
3.4 模型参数设置 |
3.4.1 相变参数设置 |
3.4.2 电磁搅拌模型参数设置 |
3.5 磁流耦合模拟流程 |
3.6 几何模型和网格划分 |
3.7 本章小结 |
第四章 坩埚长短轴比例对合金凝固过程中的固-液相变分析 |
4.1 引言 |
4.2 非圆坩埚长短轴比例和时间对熔体温度变化的影响 |
4.3 坩埚长短轴比例对端点处熔体完全固-液相变时温度分布的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 电磁搅拌参数对半固态A356熔体内电磁场、流场和温度场的影响 |
5.1 引言 |
5.2 电磁搅拌参数对半固态A356浆料电磁场分布的影响 |
5.3 电磁搅拌参数对半固态A356浆料流场分布的影响 |
5.4 电流强度和电磁频率对半固态A356浆料温度场分布的影响 |
5.5 实验结果与讨论 |
5.5.1 电流强度对半固态A356合金初生相的影响 |
5.5.2 电磁频率对半固态A356合金初生相的影响 |
5.6 分析讨论 |
5.7 本章小结 |
第六章 非圆坩埚长短轴比例对半固态A356-Y合金和稀土运动轨迹的影响 |
6.1 引言 |
6.2 坩埚长短轴比例对电磁力的影响 |
6.3 坩埚长短轴比例对最大电磁力的影响 |
6.4 坩埚长短轴比例对最大流速的影响 |
6.5 非圆坩埚长短轴比例对半固态A356-0.5%Y合金熔体温度的影响 |
6.6 非圆坩埚长短轴比例对半固态A356合金熔体中稀土Y的运动轨迹的影响 |
6.7 实验结果与讨论 |
6.8 本章小结 |
第七章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间的研究成果 |
(5)电磁场作用下半固态合金熔体流动行为对凝固组织的影响(论文提纲范文)
1 电磁场对半固态合金的流动行为的影响 |
1.1 电磁场搅拌技术在半固态合金浆料制备中的应用 |
1.2 熔体流动对半固态合金凝固组织的影响 |
2 数值模拟技术在解析半固态合金流动行为中的应用 |
3 结语 |
(6)金属管件微裂纹的电涡流修复方法及机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 国内外材料修复技术研究现状 |
1.2.1 高分子材料修复技术研究现状 |
1.2.2 无机材料修复技术研究现状 |
1.2.3 金属材料修复技术研究现状 |
1.3 脉冲电流修复技术研究进展 |
1.3.1 脉冲电流修复机理的理论研究 |
1.3.2 脉冲电流修复技术的实验研究 |
1.4 材料加工领域电涡流现象及应用研究 |
1.4.1 电涡流加热的应用研究现状 |
1.4.2 电磁力的应用研究现状 |
1.5 主要研究内容 |
第2章 试验材料及研究方法 |
2.1 试验材料 |
2.2 试验方法 |
2.2.1 1045钢管件电涡流修复试验 |
2.2.2 稀土镁合金旋压管件脉冲电涡流修复试验 |
2.3 材料性能测试 |
2.3.1 疲劳实验 |
2.3.2 单向拉伸实验 |
2.4 材料微观组织分析 |
2.4.1 金相显微组织分析(OM) |
2.4.2 扫描电子显微观察(SEM) |
2.4.3 电子背散射衍射分析(EBSD) |
2.4.4 透射电子显微组织分析(TEM) |
第3章 1045钢管件疲劳裂纹的谐波电涡流修复研究 |
3.1 引言 |
3.2 试验方案 |
3.3 疲劳裂纹试样设计分析 |
3.4 不同走向疲劳裂纹的谐波电涡流修复规律 |
3.4.1 疲劳裂纹在电涡流处理过程中的温度分布 |
3.4.2 轴向疲劳裂纹的谐波电涡流处理试验 |
3.4.3 环向疲劳裂纹的谐波电涡流处理试验 |
3.4.4 倾斜疲劳裂纹的谐波电涡流处理试验 |
3.5 谐波电涡流处理功率对疲劳裂纹修复的影响 |
3.6 谐波电涡流处理对疲劳裂纹区域微观组织的影响 |
3.7 疲劳裂纹的谐波电涡流修复原因分析 |
3.8 本章小结 |
第4章 谐波电涡流处理对1045钢管件疲劳性能的影响及有限元分析 |
4.1 引言 |
4.2 谐波电涡流处理对1045钢管件疲劳性能的影响 |
4.2.1 试验方案 |
4.2.2 谐波电涡流处理对不同疲劳阶段试样的影响 |
4.2.3 谐波电涡流处理次数对疲劳裂纹扩展的影响 |
4.2.4 谐波电涡流处理延缓疲劳裂纹扩展的原因分析 |
4.3 谐波电涡流处理的有限元模拟及修复机理研究 |
4.3.1 有限元分析建模 |
4.3.2 谐波电涡流处理过程中物理场分布及修复机理 |
4.4 本章小结 |
第5章 镁合金管件微裂纹脉冲电涡流修复机理研究 |
5.1 引言 |
5.2 试验方案 |
5.3 外放电脉冲电涡流处理对旋压微裂纹的修复规律 |
5.3.1 脉冲电涡流处理次数的影响 |
5.3.2 脉冲电源放电电压的影响 |
5.4 内放电脉冲电涡流处理对旋压微裂纹的修复规律 |
5.4.1 脉冲电涡流处理次数的影响 |
5.4.2 脉冲电源放电电压的影响 |
5.5 镁合金旋压试样脉冲电涡流修复过程的有限元模拟 |
5.5.1 有限元模型建立 |
5.5.2 脉冲电涡流处理过程中的电磁场分布 |
5.5.3 脉冲电涡流处理过程中的温度场分布 |
5.5.4 脉冲电涡流处理过程中的应力场分布 |
5.6 镁合金旋压试样微裂纹的修复机理 |
5.7 本章小结 |
第6章 脉冲电涡流及热处理对镁合金管件组织性能的影响 |
6.1 引言 |
6.2 脉冲电涡流处理对镁合金旋压试样组织性能的影响 |
6.3 连续脉冲电涡流处理对镁合金旋压件性能的影响 |
6.3.1 连续脉冲电涡流处理对旋压微裂纹修复的影响 |
6.3.2 连续脉冲电涡流处理对旋压件性能的影响 |
6.4 热处理对经脉冲电涡流处理旋压件组织性能的影响 |
6.4.1 热处理试验方案 |
6.4.2 热处理对经脉冲电涡流处理旋压试样组织性能的影响 |
6.4.3 脉冲电涡流处理试样的热处理强化机制 |
6.5 电涡流修复方法对金属管件微裂纹的适应性分析 |
6.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(7)Nb-Ti-Si合金等离子—感应复合熔炼数值模拟与实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.2 Nb-Ti-Si合金研究现状 |
1.2.1 航空航天领域需求分析 |
1.2.2 高温结构材料及其研究现状 |
1.2.3 Nb-Ti-Si合金熔炼技术 |
1.2.4 Nb-Ti-Si合金力学性能研究 |
1.3 熔炼过程数值模拟 |
1.3.1 外源加热过程数值计算 |
1.3.2 内源加热过程数值计算 |
1.4 本文的主要研究内容 |
第2章 复合熔炼实验研究 |
2.1等离子-感应复合熔炼实验 |
2.1.1 工艺参数设定 |
2.1.2 分析测试方法 |
2.2等离子-感应复合熔炼工艺测试实验 |
2.3 复合熔炼成型工艺研究 |
2.4 本章小结 |
第3章 感应熔炼和复合熔炼模式下熔体传输行为的数学建模 |
3.1 引言 |
3.2 电磁-热流基本控制方程 |
3.2.1 熔炼过程物理模型 |
3.2.2 Maxwell方程组 |
3.2.3 基本控制方程组 |
3.3 热源模型及网格划分 |
3.3.1 热源模型的建立 |
3.3.2 几何建模和网格划分 |
3.4 初始条件和边界条件 |
3.4.1 感应线圈热力计算 |
3.4.2 熔体传输计算 |
3.5 材料热物性参数与相变潜热处理 |
3.5.1 材料热物理性能参数 |
3.5.2 相变潜热的处理 |
3.6 方程离散化与数值求解 |
3.6.1 控制方程离散化 |
3.6.2 求解算法与流程 |
3.7 本章小结 |
第4章 感应熔炼过程熔体传输行为数值分析 |
4.1 工艺参数与假设条件 |
4.2 Case1 参数下感应熔炼熔体的温度场及流场演变 |
4.3 Case1 参数下感应熔炼熔体的驼峰形成及演变 |
4.4 感应熔炼熔体的三维数值结果 |
4.5 感应熔炼实验验证 |
4.6 本章小结 |
第5章 等离子-感应复合熔炼熔体传输行为数值分析 |
5.1 工艺参数与假设条件 |
5.2 Case2 参数下复合熔炼过程的数值模拟结果 |
5.2.1 复合熔炼过程熔体传热与流动的动态演变 |
5.2.2 复合熔炼过程驼峰的形成及瞬态演变 |
5.3 Case3 参数下复合熔炼过程的数值模拟结果 |
5.3.1 复合熔炼熔体热流传输行为的动态分析 |
5.3.2 复合熔炼过程驼峰的形成与演变分析 |
5.4 熔炼参数对驼峰升高过程的影响 |
5.5 等离子-感应复合熔炼数学模型验证 |
5.6 本章小结 |
第6章 复合熔炼Nb-Ti-Si合金成分分布及组织性能 |
6.1 复合熔炼Nb-Ti-Si合金成分分布 |
6.2 复合熔炼宏观组织性能研究 |
6.2.1 复合熔炼对组织的影响 |
6.2.2 复合熔炼对力学性能的影响 |
6.3 复合熔炼微观组织性能 |
6.3.1 微观组织研究 |
6.3.2 组成相的力学性能研究 |
6.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(8)TiAl基合金冷坩埚定向凝固过程中传输特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
符号说明 |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景与目的 |
1.2 TiAl合金简介及其定向凝固 |
1.2.1 TiAl合金发展历程 |
1.2.2 TiAl合金组织与性能 |
1.2.3 TiAl基合金定向凝固研究现状 |
1.3 电磁冷坩埚及其定向凝固技术 |
1.3.1 电磁冷坩埚技术及其应用 |
1.3.2 定向凝固用电磁冷坩埚优化设计 |
1.3.3 电磁冷坩埚定向凝固TiAl基合金研究 |
1.3.4 电磁冷坩埚定向凝固物理模型及数值模拟 |
1.4 研究内容 |
第2章 实验装置及研究方法 |
2.1 研究方案及技术路线 |
2.2 数值模拟方案及模型 |
2.2.1 电磁场模拟 |
2.2.2 感应加热温度场模拟 |
2.2.3 驼峰形状及流场模拟 |
2.2.4 对流传热、传质模拟 |
2.3 实验装置及实验材料 |
2.3.1 实验装置 |
2.3.2 电磁冷坩埚定向凝固装置安装及实验步骤 |
2.3.3 实验材料制备 |
2.3.4 电磁冷坩埚熔炼实验 |
2.3.5 电磁冷坩埚定向凝固实验 |
2.4 实验分析测试方法 |
2.4.1 磁场测量 |
2.4.2 流场表征 |
2.4.3 温度测量 |
2.4.4 组织成分分析 |
第3章 电磁冷坩埚感应加热TiAl合金效率优化 |
3.1 引言 |
3.2 电磁冷坩埚内磁场分布规律 |
3.3 电磁冷坩埚内物料中磁场分布规律 |
3.3.1 电流强度对物料内磁场分布的影响 |
3.3.2 电流频率对物料内磁场分布的影响 |
3.3.3 物料直径对物料内磁场分布的影响 |
3.3.4 物料高度和位置对物料内磁场分布的影响 |
3.4 电磁冷坩埚内感应加热特性分析 |
3.5 电磁冷坩埚内感应加热效率优化分析 |
3.5.1 电流强度对冷坩埚感应加热效率的影响 |
3.5.2 电流频率对冷坩埚感应加热效率的影响 |
3.5.3 线圈-物料相对位置对冷坩埚感应加热效率的影响 |
3.6 本章小结 |
第4章 电磁冷坩埚内TiAl合金熔体流动规律 |
4.1 引言 |
4.2 电磁冷坩埚内熔体流动物理模型 |
4.3 电磁冷坩埚内熔体流动计算模型建立及验证 |
4.3.1 熔池内流场计算模型建立 |
4.3.2 熔池内流场计算模型验证 |
4.4 电磁冷坩埚内熔池纵截面上流动规律 |
4.4.1 不同Ha参数下熔池内部流动规律 |
4.4.2 不同R_ω参数下熔池内部流动规律 |
4.4.3 不同h参数下熔池内部流动规律 |
4.4.4 不同H/L参数下熔池内部流动规律 |
4.5 电磁冷坩埚内熔池横截面上流动规律 |
4.5.1 电磁冷坩埚结构对熔池横截面上电磁力影响 |
4.5.2 电磁冷坩埚内熔池横截面上流场分布规律 |
4.6 本章小结 |
第5章 电磁冷坩埚定向凝固TiAl合金熔池内温度场 |
5.1 引言 |
5.2 高频电磁场对冷坩埚内熔池传热影响 |
5.2.1 熔池内传热分析及数值模拟方法 |
5.2.2 熔池形状及感应热分布 |
5.2.3 熔池内对流传热分析 |
5.3 耦合熔池形状及熔体流动的熔池温度场分析 |
5.3.1 温度场计算模型验证及熔池内温度测量 |
5.3.2 不同功率时熔池内温度场变化规律 |
5.3.3 不同电流频率时熔池内温度场变化规律 |
5.3.4 不同高度时熔池内温度场变化规律 |
5.4 糊状区传热分析及对凝固界面形状影响 |
5.4.1 不考虑对流时糊状区传热分析 |
5.4.2 凝固界面前沿存在对流传热时轴向传热 |
5.4.3 凝固界面前沿存在对流传热时径向传热 |
5.4.4 凝固界面前沿对流传热对凝固界面形状影响 |
5.5 抽拉速度对糊状区传热及凝固界面形状影响 |
5.6 本章小结 |
第6章 电磁冷坩埚定向凝固TiAl合金溶质传输行为 |
6.1 引言 |
6.2 电磁冷坩埚内熔池中对流传质规律 |
6.2.1 不同Ha参数下熔池内部溶质分布规律 |
6.2.2 不同R_ω参数下熔池内部溶质分布规律 |
6.2.3 不同h参数下熔池内部溶质分布规律 |
6.2.4 不同H/L参数下熔池内部溶质分布规律 |
6.2.5 电磁冷坩埚内电磁搅拌效率分析 |
6.3 电磁冷坩埚内熔池中传质对凝固组织影响 |
6.3.1 熔池中成分分布及对凝固组织影响 |
6.3.2 凝固界面前沿溶质分布及对凝固组织影响 |
6.4 电磁冷坩埚定向凝固过程中凝固界面前沿对流传质物理模型 |
6.4.1 溶质边界层中对流传质模型 |
6.4.2 固相与液相溶质分布 |
6.4.3 凝固前沿温度梯度及成分过冷 |
6.5 电磁冷坩埚定向凝固钛铝合金铸锭中溶质分布 |
6.5.1 不同坩埚尺寸下铸锭中溶质含量随凝固距离变化规律 |
6.5.2 不同功率下铸锭中溶质含量随凝固距离变化规律 |
6.5.3 不同抽拉速度下铸锭中溶质含量随凝固距离变化规律 |
6.5.4 初始过渡阶段组织形态不稳定性分析 |
6.5.5 优化工艺后冷坩埚定向凝固TiAl基合金凝固组织及成分 |
6.6 本章小结 |
结论 |
论文主要创新点 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
致谢 |
个人简历 |
(9)坩埚尺寸与形状对半固态A356合金浆料影响的数值模拟及实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 半固态金属加工技术概述 |
1.2.1 半固态成形技术简介 |
1.2.2 半固态浆料制备技术 |
1.2.3 半固态球形组织形成机理研究 |
1.3 电磁搅拌技术原理及改进 |
1.4 电磁搅拌对坩埚内熔体影响的研究进展 |
1.5 电磁搅拌在半固态铝硅合金和铝稀土合金浆料制备中的研究进展 |
1.5.1 电磁搅拌在半固态铝硅合金浆料制备中的研究进展 |
1.5.2 电磁搅拌在铝稀土合金浆料制备中的研究进展 |
1.6 数值模拟在电磁搅拌技术中的研究进展 |
1.7 研究的意义、内容及创新点 |
1.7.1 研究的意义 |
1.7.2 主要研究内容及创新点 |
第二章 实验材料、设备及方法 |
2.1 实验材料 |
2.1.1 合金选择 |
2.1.2 化学用品选择 |
2.2 实验设备 |
2.3 实验方案设计 |
2.3.1 坩埚半径和电磁频率对半固态A356浆料流速和温度的影响 |
2.3.2 坩埚长短轴比例对半固态A356浆料电磁场的影响 |
2.3.3 坩埚长短轴比例和电磁频率对半固态A356浆料流速和温度的影响 |
2.3.4 电磁频率和搅拌时间对制备半固态A356浆料组织的影响 |
2.4 实验工艺过程 |
2.5 金相试样制取与观察 |
第三章 数值模拟模型的建立与计算 |
3.1 模型建立 |
3.1.1 相变分析控制方程 |
3.1.2 电磁场控制方程 |
3.1.3 流场控制方程 |
3.1.4 温度场控制方程 |
3.2 模型假设 |
3.2.1 相变模型假设 |
3.2.2 电磁搅拌模型假设 |
3.3 模型参数设置 |
3.3.1 相变模型参数设置 |
3.3.2 电磁搅拌模型参数设置 |
3.4 前处理步骤和计算过程 |
3.4.1 相变模拟前处理步骤 |
3.4.2 电磁搅拌模拟前处理步骤 |
3.4.3 计算过程 |
3.5 几何模型及网格划分 |
3.5.1 相变模拟的几何模型及网格划分 |
3.5.2 电磁搅拌模拟的几何模型及网格划分 |
3.6 本章小结 |
第四章 坩埚尺寸与形状对合金凝固过程中的液固相变分析 |
4.1 引言 |
4.2 圆柱形坩埚半径对A356浆料凝固过程的液固相变分析 |
4.2.1 坩埚半径对端点处熔体温度变化的影响 |
4.2.2 坩埚半径对端点处熔体完全液固相变的影响 |
4.3 坩埚长短轴比例对A356浆料凝固过程的液固相变分析 |
4.3.1 坩埚长短轴比例对端点处熔体温度变化的影响 |
4.3.2 坩埚长短轴比例对端点处熔体完全液固相变的影响 |
4.4 本章小结 |
第五章 圆柱坩埚半径和电磁频率对合金电磁场、流速和温度的影响 |
5.1 引言 |
5.2 坩埚半径对半固态A356浆料电磁场的影响 |
5.2.1 坩埚半径对磁感应强度的影响 |
5.2.2 坩埚半径对电磁力的影响 |
5.3 坩埚半径和电磁频率对半固态A356浆料流速和温度的影响 |
5.3.1 坩埚半径和电磁频率对最大电磁力的影响 |
5.3.2 坩埚半径和电磁频率对最大流速的影响 |
5.3.3 坩埚半径和电磁频率对温度的影响 |
5.3.4 实验结果与讨论 |
5.4 本章小结 |
第六章 坩埚比例和电磁频率对合金电磁场、流速和温度的影响 |
6.1 引言 |
6.2 坩埚长短轴比例对半固态A356浆料电磁场的影响 |
6.2.1 坩埚长短轴比例对磁感应强度的影响 |
6.2.2 坩埚长短轴比例对电磁力的影响 |
6.2.3 实验结果与讨论 |
6.3 坩埚长短轴比例和电磁频率对半固态A356浆料流速和温度的影响 |
6.3.1 坩埚长短轴比例和电磁频率对最大电磁力的影响 |
6.3.2 坩埚长短轴比例和电磁频率对最大流速的影响 |
6.3.3 坩埚长短轴比例和电磁频率对温度的影响 |
6.3.4 实验结果与讨论 |
6.4 本章小结 |
第七章 电磁频率和搅拌时间对制备半固态A356浆料组织的影响 |
7.1 引言 |
7.2 实验结果 |
7.2.1 坩埚长短轴比例对凝固组织初生相形貌的影响 |
7.2.2 电磁搅拌频率对凝固组织初生相形貌的影响 |
7.2.3 电磁搅拌时间对凝固组织初生相形貌的影响 |
7.3 讨论 |
7.3.1 坩埚长短轴比例对凝固组织的影响 |
7.3.2 电磁搅拌频率对凝固组织的影响 |
7.3.3 电磁搅拌时间对凝固组织的影响 |
7.4 本章小结 |
第八章 结论 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间的研究成果 |
(10)钢-Al20Sn复合板液液相铸轧复合研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 研究背景和选题意义 |
1.2 金属复合板常规成形技术 |
1.2.1 固固相复合成形技术 |
1.2.2 固液相复合成形技术 |
1.2.3 固半固相复合成形技术 |
1.3 金属复合板覆层材料制备技术 |
1.3.1 Al20Sn合金液的制备技术 |
1.3.2 Al20Sn合金粉末的制备技术 |
1.3.3 Al20Sn合金板的制备技术 |
1.4 金属复合板成形数值模拟研究 |
1.4.1 常用数值模拟方法概述 |
1.4.2 单一场量的数值模拟 |
1.4.3 耦合场量的数值模拟 |
1.5 搅拌技术数值模拟研究 |
1.6 液液相铸轧复合研究方法的确定 |
1.7 主要研究内容 |
2 Al20Sn合金液制备理论及实验研究 |
2.1 引言 |
2.2 复合板覆层材料分析 |
2.3 电磁搅拌处理方法的确定 |
2.3.1 机械搅拌混合机理 |
2.3.2 电磁搅拌混合机理 |
2.3.3 电磁搅拌技术优势 |
2.3.4 电磁搅拌处理方法的确定 |
2.4 Al20Sn合金液搅拌数值计算模型 |
2.4.1 模型建立的基本假设 |
2.4.2 Al20Sn合金液磁流体基本控制方程 |
2.4.3 Al20Sn合金液流场控制方程 |
2.4.4 电磁场与流场的耦合 |
2.4.5 Al20Sn合金液搅拌中两相流动的处理 |
2.5 Al20Sn合金粘温关系 |
2.5.1 液态纯金属粘度模型 |
2.5.2 液态合金粘度模型 |
2.5.3 Al20Sn合金液粘温关系 |
2.6 Al20Sn电磁机械复合搅拌模拟相关参数的选取和计算 |
2.6.1 Al20Sn合金液搅拌电磁参数 |
2.6.2 Al20Sn合金液搅拌流体参数 |
2.7 Al20Sn合金液电磁机械复合搅拌过程模拟 |
2.7.1 电磁机械搅拌几何模型与网格划分 |
2.7.2 搅拌时间对Sn分布的影响 |
2.7.3 电磁频率对Sn分布的影响 |
2.7.4 叶片径向夹角对Sn分布的影响 |
2.7.5 叶片轴向夹角对Sn分布的影响 |
2.8 Al20Sn合金液电磁机械复合搅拌实验研究 |
2.8.1 实验材料 |
2.8.2 实验设备 |
2.8.3 实验内容及过程 |
2.8.4 Al20Sn合金微观组织 |
2.9 实验结果及验证 |
2.9.1 搅拌时间对Sn分布的影响 |
2.9.2 电磁频率对Sn分布的影响 |
2.9.3 叶片径向夹角对Sn分布的影响 |
2.9.4 叶片轴向夹角对Sn分布的影响 |
2.9.5 合理布置的叶片角度验证 |
2.10 本章小结 |
3 钢-Al20Sn复合板液液相铸轧复合理论研究 |
3.1 引言 |
3.2 液液相铸轧复合成形技术思想 |
3.2.1 液液相铸轧复合技术关键 |
3.2.2 液液相铸轧复合实现流程 |
3.3 液液相铸轧复合数值模拟计算模型 |
3.3.1 模型建立的基本假设 |
3.3.2 热流耦合基本控制方程组 |
3.4 热流耦合过程中湍流的处理方法 |
3.4.1 钢液与Al20Sn合金液流态的判定 |
3.4.2 湍流流动基本处理思想 |
3.4.3 湍流流动的Reynolds时均方程 |
3.4.4 湍流方程封闭模型 |
3.4.5 近壁面流动的处理方法 |
3.4.6 凝固潜热的处理 |
3.5 方程离散化及热流耦合求解过程 |
3.5.1 瞬时项 |
3.5.2 对流项 |
3.5.3 扩散项 |
3.5.4 源项 |
3.5.5 耦合方法 |
3.6 模拟中相关参数的选取和计算 |
3.6.1 固相线温度与液相线温度的确定 |
3.6.2 钢液与合金液粘度 |
3.6.3 钢液与合金液密度 |
3.6.4 边界条件处理 |
3.7 钢-Al20Sn液液相铸轧复合成形过程数值模拟 |
3.7.1 合金浇注温度对复合过程的影响 |
3.7.2 钢液浇注温度对复合过程的影响 |
3.7.3 合金液侧冷却速率对复合过程的影响 |
3.7.4 钢液侧冷却速率对复合过程的影响 |
3.7.5 铸轧速度对复合过程的影响 |
3.8 本章小结 |
4 钢-Al20Sn复合板液液相铸轧复合实验研究 |
4.1 引言 |
4.2 金属复合板界面结合理论 |
4.2.1 机械锁合理论 |
4.2.2 再结晶理论 |
4.2.3 金属键理论 |
4.2.4 薄膜理论 |
4.2.5 扩散理论 |
4.2.6 能量理论 |
4.2.7 位错理论 |
4.2.8 三阶段理论 |
4.3 液液相铸轧复合界面的结构 |
4.4 复合界面形成的影响因素 |
4.5 复合界面扩散层的生长动力学模型 |
4.6 钢-Al20Sn复合板板液液相铸轧复合实验研究 |
4.6.1 实验材料 |
4.6.2 实验设备 |
4.6.3 实验过程及内容 |
4.6.4 界面层厚度影响规律 |
4.6.5 复合界面的结构 |
4.7 复合界面的成形机理 |
4.8 本章小结 |
5 钢-Al20Sn复合板液液相铸轧复合界面性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 影响复合板界面结合强度的因素 |
5.2.1 金属材质 |
5.2.2 金属表面状态 |
5.2.3 复合温度 |
5.2.4 复合时间 |
5.3 复合界面剪切强度的实验研究 |
5.3.1 实验材料 |
5.3.2 实验设备 |
5.3.3 实验过程及内容 |
5.3.4 复合界面结合程度 |
5.3.5 复合界面层厚度对界面剪切强度的影响 |
5.4 铸轧工艺条件的优化 |
5.4.1 优化方法的选择 |
5.4.2 实验设计方法的确定 |
5.5 RSM近似模型的构建 |
5.5.1 基于RSM近似模型的优化及流程 |
5.5.2 影响因素及目标函数的选取 |
5.6 RSM近似模型的响应方程 |
5.7 基于RSM近似模型的GA优化 |
5.8 最优铸轧工艺的确定 |
5.9 本章小结 |
6 结论 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
四、铝锡合金电磁搅拌中电磁场的模拟分析(论文参考文献)
- [1]钛硅合金电磁分离及传热特性研究[D]. 王均鹏. 昆明理工大学, 2021
- [2]多模式磁场电磁搅拌器磁流耦合数值模拟及工艺参数优化[D]. 黄祺洲. 湖南理工学院, 2020(02)
- [3]电磁搅拌方式对半固态铝合金中温度场和流场的影响[D]. 李泽文. 江西理工大学, 2020(01)
- [4]电磁搅拌工艺中坩埚形状对半固态铝合金组织影响的研究[D]. 赵军超. 江西理工大学, 2020
- [5]电磁场作用下半固态合金熔体流动行为对凝固组织的影响[J]. 刘政. 精密成形工程, 2020(03)
- [6]金属管件微裂纹的电涡流修复方法及机理研究[D]. 杨川. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
- [7]Nb-Ti-Si合金等离子—感应复合熔炼数值模拟与实验研究[D]. 孟宪宇. 哈尔滨工业大学, 2019(02)
- [8]TiAl基合金冷坩埚定向凝固过程中传输特性研究[D]. 杨耀华. 哈尔滨工业大学, 2018(01)
- [9]坩埚尺寸与形状对半固态A356合金浆料影响的数值模拟及实验研究[D]. 陈志平. 江西理工大学, 2018(07)
- [10]钢-Al20Sn复合板液液相铸轧复合研究[D]. 张君. 北京交通大学, 2018(06)