高强韧基座铸件凝固工艺设计数值模拟优化研究

选用开放式浇铸系统设计了A356基座铸件自由充型凝固成形工艺,结合Pro-CAST软件完成了充型流动场与凝固固相场分布的数值仿真计算,通过自由充型凝固成形工艺设计优化与浇铸温度工艺参数调整,实现了基座铸件自下而上的逐层顺序凝固,疏松缺陷由铸件本体转移至补缩冒口区域。经过实验表明,断裂裂纹扩展方式由沿晶断裂转变为韧窝断裂。     

TiAl基合金排气阀金属型离心铸造过程内部缺陷分析

在所建立的数学模型基础上总结了TiAl基合金熔体离心力场下的充型规律.结果表明,离心力场的施加对于充型过程有重要影响,熔体以变化的截面面积和倾角填充铸型.熔体截面面积随充型长度的增大而减小,而熔体截面倾角随充型长度的增大而增大,这种变化在型腔入口附近表现得更加明显.此外,针对金属型离心浇铸Ti-48Al-2Cr-2Nb (at%) 合金汽车排气阀内部的常见缺陷,探讨了离心力场下排气阀内部卷入性气孔和偏中心线缩松的产生机理.     

钛合金叶轮精铸成型数值模拟及实验验证

针对铸造钛合金叶轮叶片内部缺陷多和成型质量差的问题,通过设计两种浇注系统,运用有限元方法对浇注系统进行数值模拟,研究浇注系统设计优化对精铸的充型和凝固过程中流场、温度场及缩孔缩松的影响,在最优设计基础上进行熔模精铸实验,同时对其铸件的微观组织和力学性能进行检测与分析。结果表明:在型壳预热温度400℃、浇注温度1730℃,浇注时间8 s条件下,模拟结果得到底注式浇注系统充型、凝固质量好,铸件内部无缺陷;顶注式结构充型流场紊乱,存在卷气现象,同时铸件内部缺陷较多,故底注式多冒口结构浇注系统优于顶注式结构;对底注式系统进行了实验验证,铸件显微组织致密,拉伸屈服强度、断面收缩率和硬度分别为785.5 MPa、25.5%和301.67 HBW,力学性能较好,表面精度较高,符合高品质钛合金铸件的要求。     

基于ProCAST的高Nb-TiAl合金叶轮熔模铸造

通过铸造模拟软件ProCAST实现高Nb-TiAl合金叶轮熔模铸造充型凝固过程的模拟仿真,研究浇注充型工艺对合金熔体充型、缩孔缩松等充型凝固特性的影响,优化相应工艺;进行浇注实验与铸件的无损检测分析,并进行铸件的解剖分析验证缩孔缩松分布;使用附注试棒研究叶轮在室温和高温下的力学性能。结果表明:ProCAST软件对高Nb-TiAl铸件缩孔缩松预测较为准确,通过模拟仿真预测结果优化了工艺方案从而避免了铸件中大尺寸缩孔缩松的形成,在最终的铸件中只存在尺寸小于22μm的显微缩孔;所有铸件均实现完整充型,铸件室温抗拉强度约580 MPa,850℃高温抗拉强度约450 MPa。     

机箱盖板金属型铸造工艺

采用计算机仿真技术对机箱盖板金属型铸造过程进行了充型和凝固模拟，并对铸造工艺进行了优化。     

浇注系统对离心铸造TiAl合金杆形件缩孔缺陷的影响

采用数值模拟方法研究杆形件直径和补缩冒口结构对离心铸造TiAl合金杆形件缩孔缺陷的影响,并根据充型和凝固温度场对影响的原因进行分析。结果表明:杆形件直径由16 mm增加到20 mm,并进一步设计成入口处直径20 mm、远端直径16 mm的锥形,杆形件补缩通道被阻塞的趋势逐渐减小,用于补缩的金属液温度提高,凝固时间逐渐增长,因而补缩效果提高,杆形件缩孔缺陷水平逐渐降低;基于杆形件的锥形设计,相比无补缩冒口的杆形件,增加环形补缩冒口,充型时金属液顺序凝固趋势减弱,凝固时用于补缩的金属液温度降低,凝固时间缩短,因而补缩效果降低,缩孔缺陷水平略有提高;增加锥形补缩冒口,充型时金属液顺序凝固趋势增强,凝固时用于补缩的金属液温度提高,凝固时间增长,因而补缩效果提高,缩孔缺陷水平降低。优选最佳设计进行了浇注实验,杆形件剖面最大缺陷孔隙率平均值与模拟实验的结果基本一致。     

薄壁复杂铝合金精密铸件调压成形

根据铝合金精密铸造的特点，提出了将负压充型和正压凝固相结合的调压成形精铸法。介绍了该方法的工艺原理和在航空工业中的应用．     

对流作用下Al-4.7％Cu合金枝晶生长的形貌特征和成分分布的数值模拟

建立了用于模拟Al-4.7％ Cu(质量分数)单相固溶体合金凝固过程温度场、流场、溶质场以及微观组织模拟的元胞自动机-格子玻尔兹曼方法(CA-LBM)数值模型,分析对流作用下枝晶生长的形貌与成分变化.模型处理溶质场计算中固液(S/L)界面处溶质的分配过程,使浓度场的变化和实际的传输过程更加相符.计算结果表明,与不计入流动过程的纯扩散型合金凝固过程相比较,对流对合金枝晶形貌的影响显著,呈现非对称生长形貌.在强制对流条件下,枝晶晶粒大小呈均匀化趋势,枝晶间的局部区域的成分更加均匀,在整体凝固区域内的成分呈现出上游到下游的一定的梯度化趋势.     

AZ91镁合金负压消失模铸造充型速度的研究

真空度、浇注温度及模样厚度对AZ91镁合金消失模铸造充型速度影响的全因子实验的结果表明 ,它们都对充型速度起积极的作用 ,真空度是决定充型速度的一个关键工艺参数。在不抽真空时 ,充型速度非常小且随充型过程的进行逐渐降低 ,浇注温度对充型速度的影响也很小 ;抽真空时 ,充型速度在充型过程中不断变化且呈现不出任何规律 ,其起伏的幅度随真空度、浇注温度和模样厚度的增大而增大 ;在真空度较低时 ,随着真空度和 或浇注温度的提高 ,平均充型速度迅速增大 ,真空度与浇注温度对充型速度的交互作用增强 ;在较高的真空度下 ,平均充型速度仍随浇注温度的提高而增大 ,但平均充型速度的增大速率却随真空度的进一步提高而降低 ,真空度与浇注温度对充型速度的交互作用很弱。模样厚度对平均充型速度影响在抽真空时有所提高。     

调压成型精铸技术

本成果为适用于航空、航天大型薄壁复杂铝合金熔模精密铸造。本成果的技术原理 :在充型前将上室 (置有铸型 )和下室 (置有合金液、保温坩埚和升液管 )造成一定的负压 ,然后根据铸件结构形状、工艺要求和铸型特点施压于下室 ,使液态金属在逆重力条件下 ,受控地进入铸型并充满型腔。继而在恒定的压差条件下 ,向上、下室同时施压 ,即对正在凝固的铸件和铸型外部同时施压 ,使铸件的凝固环境从接近真空状态按既定速度 ,变化到高压状态。待铸件凝固后 ,使上、下室的压力平衡。升液管和浇注系统中尚未凝固的金属液 ,在重力作用下返回坩埚中。本技术…     

电磁搅拌对铸锭凝固组织的影响

疏松和偏析是铝合金铸锭中的常见缺陷，它们的存在严重影响了产品的使用性能与使用寿命。获得致密、均匀的凝固组织是提高金属材料综合机械性能的重要途径，旋转型电磁搅拌在钢的连铸工艺中已得到广泛应用，研究了旋转型电磁搅拌对铝合金铸锭凝固组织的影响。研究结果表明：在凝固过程中施加电磁搅拌，能明显细化晶粒，增加铸锭断面上的等轴晶区宽度，减轻疏松，抑制铝合金铸锭中铜的逆偏析。     

精铸过程位移场的数值模拟方法

为了保证精铸件的成形精度,制造所用的模具型腔必须对铸件的收缩变形进行补偿。提出一种精铸过程位移场的数值模拟方法：通过涡轮叶片的精铸实验,测量与分析铸件上特定位置的温度值变化曲线,反向求解了界面换热系数随时间的变化关系,提高了铸件凝固过程中温度场数值计算的精度。通过设置适当的工艺参数和边界条件,基于熔模铸造温度场和应力场,对精铸过程进行耦合计算,得到了较为精确的凝固过程位移场,与实测结果吻合较好,为精铸涡轮叶片模具型腔的优化提供了量化参考依据。     

Investigation on the Orientation Transition of Oriented Magnetostrictive TbDyFe Crystals

<110> and <112> TbDyFe magnetostrictive oriented crystals were prepared by the zone-melting unidirectional solidification method at 240 mm/h and 720 mm/h respectively. <112> oriented crystals were also obtained with <110> oriented seeds with the same technique as for growing the <112> oriented crystals. It is confirmed that this technique is stable for growing the oriented crystals in the TbDyFe alloys. Meanwhile, the variation of orientation, the solidification morphology and the magnetostriction were studied during the transition from <110> oriented seeds to the <112> oriented crystal growth. As the growth speeds up, the preferred orientation changed from <110> to <112>, and its morphology develops from of initial cellular to dendritic gradually. When an axial compressive pre-stress of 10 MPa is applied, the magnetostriction at the bottom, the middle and the top are 972×10-6, 918×10-6 and 900×10-6 at 100 mT respec-tively. The middle sections with mixed orientations have the same high magnetostriction performance as those with a single preferred orientation, which may be due to its celluar-dendritic morphology.     

低镍奥氏体不锈钢定向凝固组织CAFE法模拟

通过对ProCAST&CAFE软件进行二次开发建立凝固过程动态边界条件,模拟低镍奥氏体不锈钢定向凝固过程中的温度场和固相分数,并探讨抽拉速率对凝固微观组织的影响。结果表明,随着抽拉速率的增大,等温线变密,糊状区变窄;铸件一次枝晶臂逐渐细化,边缘侧向散热逐渐远小于中心纵向散热造成一次枝晶轴向偏差度逐渐减小,晶粒择优取向效果提高。与此同时,模拟结果与实验结果吻合较好,模拟计算形核、生长及取向过程较为合理。     

基于CAFE的铝双辊连续铸轧凝固微观组织

基于元胞自动机CA的形核和长大模型与宏观传热模型相耦合对双辊连续铸轧纯铝薄带凝固微观组织进行了模拟,模拟计算中采用连续性异质形核模型和修正的枝晶尖端生长动力学模型(KGT)。另外,模拟研究了铸轧工艺参数和金属凝固参数对双辊连续铸轧纯铝薄带凝固微观组织的影响规律。模拟结果可很好地解释和预测啮合点前柱状晶和等轴晶之间的转化和晶粒尺寸大小,柱状晶主要分布在靠近铸轧辊面附近,等轴晶则是远离铸轧辊面而靠近薄带的中心区域。     

底排装置空腔干扰下的火箭燃气流场数值模拟

从二维轴对称Euler方程出发,应用隐式有限体积TVD格式和分区技术数值模拟来流马赫数Ma=2 0,攻角α=0°时超声速绕流与底排装置空腔内的火箭燃气流相互干扰的复杂流场,计算得到了清晰的流场波系结构,包括底排装置空腔中的激波,火箭燃气流在底排装置空腔外底部与外来绕流作用后形成的相交激波、反射激波等,其结果可为底排火箭复合增程弹丸的结构设计和气动特性研究提供理论依据。     

一种固体发动机光线投射体绘制加速方法

固体发动机ICT断层图像构成的体数据场规模大、空体素比例小,现有的光线投射加速方法效果不明显,并且在其三维可视化故障诊断中,不是体数据场中的所有信息都对内部故障检测有意义,三维重建出所有体数据大大增加了计算量.为此,提出一种在同体发动机体数据分割基础上的光线投射加速方法.该方法利用分割结果,建立分割信息体数据场,结合现...     

A357-T6铸造铝合金疲劳特性研究

研究了A357-T6铸造铝合金在室温大气中正弦交变载荷下,应力比分别为r=-1,0.05和0.4时的疲劳特性.试验结果表明,A357-T6铸造铝合金的疲劳强度随应力比的增加而显著增加,疲劳极限分别是,应力比r=0.4时约为135MPa;应力比r=0.05时95MPa;而应力比为r=-1时70MPa.疲劳裂纹发生于试件表面或次表面铸造缺陷.裂纹沿着树状晶边界扩展.     

退火态ZTi6Al4V铸造钛合金的断裂韧度研究

将尖切口强度理论用于ZTi6Al4V铸造钛合金损伤容限性能的评价,探讨了不同退火温度对其三点弯曲断裂韧度KQ的影响。结果表明:尖切口试样测定的断裂韧度KQ1不等同于标准试验方法测定的KQ,但可用于铸造钛合金不同工艺间断裂韧度的比较。退火温度的改变可微调ZTi6Al4V铸造钛合金的强度和断裂韧度,在700℃或820℃保温2h退火处理,试样的断裂韧度较好,KQ值分别达到78.11 MPa.m1/2和79.44MPa.m1/2,屈服强度分别为782.74MPa和771.49MPa,抗拉强度分别为860.18MPa和853.0MPa,伸长率达8.10%和7.46%,获得了较好的强塑性匹配。