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[硕士论文] 肖荣振
材料学 兰州理工大学 2006(学位年度)
摘要:定向凝固技术的理论研究也一直是凝固界的重要课题,它提供了一种有效的材料制备和成形方法,在实际生产中得到了越来越广泛的应用。固/液界面形态研究是凝固理论研究的重要组成部分,它与最终的凝固组织和内部缺陷有密切的联系。本文利用相场法微观组织数值模拟技术,对Ni-Cu二元合金定向凝固的界面形态演化过程进行了模拟仿真,刻划了不同模拟条件下的晶体生长方式,探讨了定向凝固中的晶体生长机制。 本文在参阅目前相场理论的基础上,通过相场方程与浓度场方程的耦合,发展了二元合金定向凝固的二维相场模型。基于均匀网格的有限差分法,采用C语言编制了定向凝固晶体生长的相场法数值模拟程序,提出了胞晶尖端生长速度、固相溶质浓度及界面前沿溶质分配系数等的计算方法,利用相关的图像生成软件,采用多点拟合法对相关计算结果进行了动态显示。 考虑到计算量的限制,将界面厚度处理为输入参数,研究了界面厚度参数ξ、各向异性系数γ及热扰动幅值α对模拟结果的影响。结果表明,随着ξ的减小,晶体生长形态由胞晶逐步转变为树枝晶,胞晶尖端生长速度增加,稳定性下降;各向异性系数γ越小,尖端生长速度越小,越易于侧向分支的生长,形成胞状枝晶;热扰动幅值α对界面形态也有重要影响,当α取值适当时,便引发侧向分支,形成胞状枝晶;讨论了界面自由能σ对微观组织的影响,随着σ的增加,得到分布较均匀的细胞晶组织,同时界面前沿溶质扩散层厚度减小。 利用相场法模型研究了二元合金定向凝固的溶质截留效应,研究结果表明,溶质梯度系数δ影响固/液界面处溶质扩散层的厚度和扩散层内的溶质分布,对溶质分配系数κ有较大影响,随着溶质梯度系数的增加,溶质分配系数κ增大,溶质截留效应越明显。讨论了不同固相溶质扩散系数Ds下的界面形态和溶质分布,随着Ds的增大,胞晶尖端生长速度下降,溶质截留效应减弱;而当固相溶质扩散系数小于10-7cm2/s数量级时,Ds对界面前沿溶质分布没有明显的影响,因此,通常情况下都忽略固相溶质扩散。
[硕士论文] 董寅生
铸造 太原理工大学;太原工业大学 1990(学位年度)
[硕士论文] 武宏
机械电子工程 西安建筑科技大学 2008(学位年度)
摘要:本文针对西安中星材料有限责任公司主要产品“双金属复合耐磨管”的生产设备技术进行改进,提供一种机械化及自动化程度较高的离心复合设备,以期提高产品的生产效率和质量。
   双金属复合耐磨管采用一种特殊生产工艺,旨在普通钢管内壁复合一层高台金耐磨材料,使其形成耐磨性与韧性有机结台的统一整体,综合性能和使用寿命极大地提高,从而能更好地满足磨损工况的要求。目前生产的双金属复合管主要采用了两种生产工艺,一种是消失模真空吸铸工艺,另一种是离心复合工艺。消失模真空吸铸工艺主要适用于复合弯管的制作,由于受到工艺和条件的限制,制作复合直管存在耐磨层加厚、复合长度较短的缺陷,产品优势不明显;而离心铸造特别适用于管类件的生产制造,由于其制作的管道厚度薄、长度长,使其具有其它铸造工艺无法比拟的优势。
   离心复合设备主要是按照长流槽离心铸造工艺要求设计,管模在高速旋转状态下,金属液通过相对移动的长流槽进入复合管内,在离心力作用下,以螺旋线的形式均匀分布在复合管内壁,螺旋线股流在瞬间又相互熔合在一起,形成均匀的液体层,凝固成厚度均匀的复合层。离心复合设备主要分为三部分,包括离心复合主机、离心复合浇注系统、离心复合拔管系统。本文主要以ψ108~ψ194mm范围内、长度为3m的复合管为例进行研究与设计,对所涉及的冷却、液压、电控等技术进行改进,并制定了其生产工艺。
   结果表明,改进后的离心复合设备生产效率较高、质量稳定,已正式用于生产。
[博士论文] 尹合壁
材料加工工程 大连理工大学 2005(学位年度)
摘要:在连铸结晶器内,热—力学行为互相影响相互作用。结晶器传热能力和特征决定铸坯温度场、坯壳凝固厚度及其分布,影响坯壳收缩和结晶器变形等力学行为;反之,铸坯收缩和结晶器变形影响铸坯和结晶器之间的传热。因此,清楚了解结晶器内的热—力学行为必须建立合适的耦合数学模型。 坯壳和结晶器之间的相对运动形成摩擦力,坯壳受摩擦力的影响而发生力学行为的变化。在实际生产过程中,非理想的复杂的结晶器传热状态使摩擦力发生异常变化。方坯、板坯的形状决定了部分坯壳优先生长。圆坯结晶器由于沿各个方向都对称,其生长不均匀性是随机的,由结晶器各处的传热条件决定。因此,理想状态下的模拟计算不能反映实际生产中连铸结晶器内的热—力学状态。 以安装在圆坯结晶器不同横截面和纵截面内的热电偶所获得的温度为基础,建立基于实测温度数据的多维反问题数学模型。通过确定结晶器和铸坯之间的热阻分布,计算出能及时反映实际生产中沿周向不均匀分布的传热。 以结晶器和铸坯的温度场作为热载荷建立三维力学模型。该模型耦合了摩擦力和铸坯/结晶器的接触状态以及它们的应力、变形,并考虑了结晶器锥度的影响。计算出生产过程中圆坯结晶器和铸坯的热—力学行为,并讨论了摩擦力的影响;同时计算出结晶器和铸坯之间的间隙,包括固液渣膜厚度、气隙尺寸和接触状态,并分析它们之间的互相影响关系。由于实测的传热结果不均匀,结晶器和铸坯的热—力学相关计算结果也具有沿周向分布不均匀特征,更加反映了真实的连铸状态。 基于现场实测数据,研究了正常生产过程中圆坯结晶器热流的实时分布特性,从而分析结晶器的传热行为,为达到实时监控提供基础。 监测分析表明:热流沿结晶器周向分布处于频繁变化中。弯月面区传热很低,但在液面下70-110mm区域内存在热流峰值,并且对工艺参数变化较为敏感,比如浇注温度、拉速、钢水碳含量、保护渣类型等等。本文也分析了正常和异常传热条件下局部温度、热流的稳定性和沿周向不均匀性的变化。在稳定拉坯时,一定变化范围内的工艺参数对结晶器传热的波动性和不均匀性的影响很小,而钢水碳含量、保护渣类型以及结晶器安装等很大程度上决定结晶器传热的波动性和沿周向的不均匀性。 研究发现:结晶器热流和坯壳厚度沿周向的分布特征受结晶器安装状态的影响。统计发现,同一次安装其分布相似,不同安装分布规律不同。高热流区热流沿周向分布的特性,在一定程度上反映了不同高度横截面内坯壳厚度沿周向的分布特性;因此可以通过分析并控制结晶器热流分布,尤其是高热流区热流的分布,使铸坯均匀生长,从而为提高其表面质量提供依据。 本文在实测和计算的基础上,定量讨论了圆坯连铸结晶器热流分布规律及其影响因素。浅析了结晶器热流和坯壳厚度的关系,从而掌握了圆坯的凝固状态和坯壳的生长规律。探索将在线监测技术和数值模拟技术相结合,为实现连铸结晶器生产过程可视化提供基础。 研究发现:忽略纵向导热的二维模型所计算的弯月面区结晶器温度比三维模型所计算的高,而计算的热流相对较低。在具有较大纵向导热的弯月面附近,通过埋在沿结晶器传热方向的两只热电偶温度所计算的热流值比实际值小。 计算结果表明,在弯月面处厚度超过1mm的固渣圈和弯月面以上结晶器的较冷区,降低了温度峰值的大小和高度。距弯月面大约80mm高度位置处,大约0.1mm的固渣膜是出现高热流区的原因之一。在弯月面附近,液态润滑对铸坯表面应力有显著的影响,而在结晶器下部主要受固—固摩擦力的影响。弯月面处液渣流入的间隙沿周向的分布,在一定程度上决定热流沿结晶器周向的分布。坯壳厚度分布和结晶器热流分布一致,在液渣消失前,它们在某种程度上决定于坯壳和结晶器之间的渣膜厚度。 结合铸坯应力和生产现场观测结果,提出了基于结晶器热流的裂纹判定标准。通过计算裂纹敏感区域,发现弯月面区域形成裂纹的可能性较大;结晶器安装状态在一定程度上决定裂纹形成的区域,对于同一次安装,裂纹基本出现在一定弧度范围之内。 将反问题数学模型用于连铸板坯凝固传热计算得到良好的结果。 本研究结果为智能结晶器在线缺陷诊断、操作工艺调整、监测系统的优化以及异常传热的预测等提供基础。
[硕士论文] 朱青
材料加工工程 东华大学 2014(学位年度)
摘要:水玻璃砂无毒无味,环境友好,被专家认为是21世纪最有可能实现绿色铸造的型砂。但水玻璃砂浇注后溃散性差,出砂困难,铸件易粘砂等问题一直未克服,限制了其推广应用。为此,本研究课题主要是针对水玻璃砂溃散性及粘砂缺陷展开的。
  首先对CO2水玻璃砂的硬化机理进行分析,以确定本实验室环境下水玻璃砂的硬化方案。对试样的制备和型砂的吹气硬化装置进行设计和优化,设计出了热空气-CO2混合气体吹气工艺和对应装置,优选了吹气方案中吹气压力及气体温度,研究了吹气时间和吹气流量对常温强度的影响。试验发现:在本装置下,当吹气时间为50s-60s,吹气流量为30L/m in时,既能保证起模时型砂所需的强度,同时终强度也足够高,满足浇注时型砂所需要的强度。
  其次,发明了一种铸造用CO2水玻璃石英砂添加剂,研究了添加剂对CO2水玻璃型砂溃散性的影响,并利用正交试验优化了添加剂加入量、水玻璃加入量和吹气工艺三个影响因素。试验结果表明,在水玻璃砂中加入添加剂后,型砂溃散性明显提高,且其残留强度曲线的“双峰”特征消失,出现一致下降的趋势。当添加剂I加入量为0.6%,添加剂II加入量为5%,水玻璃加入量为5%,热空气-CO2混合气体中 CO2比例为40%时,其常温即时强度、常温24h强度,800℃及1000℃残留强度较合理。
  最后,针对水玻璃石英砂在铸铁件的生产过程中出现的粘砂缺陷进行了分析和研究。对铸型与铸件界面层进行模拟并对含添加剂的模拟界面层进行了烧结试验。研究了添加剂对界面层烧结状态的影响,并对铸铁件进行实际浇注。结果表明:往水玻璃型砂中加入添加剂,可以显著减小铸型表面孔隙,使铸型与铸件间的界面层在高温下发生适度烧结和致密化,有利于防止金属液的渗透,防止铸铁件产生粘砂缺陷。铸铁件浇注试验发现,加入添加剂的水玻璃石英砂在铸造过程中,在铸型与铸件界面产生的烧结层冷却至室温时强度更低,脆性更大,能轻易从铸件表面剥落,减少铸件的清理工作。
[硕士论文] 赵立飞
机械制造及其自动化 华中科技大学 2016(学位年度)
摘要:随着互联网时代的发展和人们生活水平的提高,对产品需求趋于多样性、新奇性等,这对现代企业提出了更高的要求,因此,设计者和制造者必须降低成本,缩短新产品的研发、制造周期,以适应多样性、新奇性、柔性化的制造体系。而传统的模具制造已经远远不能满足新产品设计和制造的需求,快速成型技术与模具制造结合应运而生的快速模具制造技术可以制造出形状复杂高尺寸精度的蜡模以及各种模具。因此,快速模具制造技术可以满足新产品的制造所需的蜡模和模具等的要求。
  基于熔融沉积成型原理的快速模具制造技术可以快捷地制造出直接用于实际生产的蜡模,该工艺成型的蜡模的质量对最终铸件的品质起着决定性的作用,因此,必须深入研究基于熔融挤出成型原理成型蜡模的过程,并探究成型过程的各工艺参数对最终蜡模质量影响的规律。因而本文就围绕该问题展开探讨的。
  首先,本文在分析了现有的光固化、激光选择性烧结、分层实体制造等原理的快速模具制造技术的基础上,提出开关式蜡模熔融挤出沉积成型系统研究的方案,阐明了系统的工作原理,并建立挤出过程、成型的丝径宽度等的模型,进行相关的理论分析。依据系统的工作原理和建立的数学模型,进行系统的详细设计,开发了各子系统,并集成子系统开发出了一个完整的快速成型蜡模的装备。
  其次,借助前面的装备,进行了线、面、体的基础性挤出沉积成型的实验研究。通过实验证实了方案可行性和系统的稳定性。同时,在实验过程中对影响最终成型质量的部分关键性的工艺参数(如背压、扫描速度、挤出速度、喷嘴孔径、分层厚度等)进行定量的分析与研究,得出了其对最终的成型质量影响的规律。
  最后,在实验基础上对成型的样品进行了分析,深层次的剖析了成型过程规律以及了解各关键性工艺参数对最终成型质量影响,并指导改善成型过程的工艺,进一步提升了系统成型能力和稳定性。
[硕士论文] 张军涛
材料学 河南科技大学 2014(学位年度)
摘要:灰铸铁是一种传统的结构材料,具有良好的耐磨性、减震性、导热性、铸造成型性且价格低廉,广泛应用于发动机缸体生产中。灰铸铁最大的缺点是力学性能较差,例如强度低、脆性大等。因此,过去人们对灰铸铁材料的研究主要集中在其力学性能的提高上,常用的方法是孕育处理和添加合金元素。然而近年来,随着缸体用灰铸铁材料力学性能要求的提高,人们发现其加工性能逐渐恶化,在自动车床和流水线上高速切削环境下,频繁的换刀会大大降低生产效率,这一实际生产问题正在引起人们的普遍关注。Nb常作为一种微量元素加入到钢中,以提高其强度和耐磨性。Nb添加到灰铸铁中会对其组织和性能产生怎样的影响,关于这方面的文章并不多见。
  本文选用相同量的RECaBa孕育剂孕育处理下,研究了不同Nb含量对灰铸铁组织和性能的影响。试验过程采用万能材料试验机、布氏硬度计、显微硬度计分别对灰铸铁试样的抗拉强度、硬度、断面敏感性、组织均匀性等力学性能进行测量;采用动态信号应变仪配合八角环测量切削力的方法来测试灰铸铁的加工性能;采用光学显微镜、扫描电镜和 X射线能谱仪对灰铸铁试样的初生奥氏体枝晶、石墨、共晶团、珠光体、硬质相进行观察和分析,研究了组织和性能的对应关系结果表明,随着Nb含量的增加,灰铸铁中的初生奥氏体枝晶数量增加,枝晶臂间距减小,单位面积上的共晶团数量增加,石墨形貌由粗大的 A型向细小均匀的A型再向弥散分布的D型转变,珠光体数量没有明显变化但其片间距减小。灰铸铁试样的抗拉强度随着Nb含量的增加逐渐提高,与未添加Nb的试样相比,添加0.15%和0.25%的 Nb,试样抗拉强度分别提高28%和41%。随着 Nb含量的增加,灰铸铁硬度逐渐增加,断面敏感性得到改善,表征组织均匀性的显微硬度标准差先减小后增大,添加0.15%Nb灰铸铁表现出最好的组织均匀性。随着Nb含量的增加,灰铸铁试样的切削力呈现逐渐增加的趋势,但不同的Nb含量添加范围加工性能变化规律不同,Nb含量在0%-0.15%范围时,随着 Nb含量的增加,切削力增加较慢,表征其切削稳定性的标准差减小,标准差的减小与其组织均匀性的改善密切相关;Nb含量在0.15%-0.25%范围时,随着 Nb含量的增加,切削力增加较快,标准差也明显增加,标准差的增加与 Nb硬质相的析出有关。RECaBa孕育剂孕育处理下,添加0.15%Nb的灰铸铁材料其石墨为细小均匀的A型石墨,石墨数量较多,抗拉强度达到315MPa,具有良好的断面敏感性和组织均匀性,Nb以固溶的方式存在于灰铸铁基体中,没有出现含Nb硬质相,基体组织均匀,切削稳定性好,表现出良好的加工性能。
[硕士论文] 唐小聪
机械制造及其自动化 南京航空航天大学 2016(学位年度)
摘要:以铁镍合金为代表的低热膨胀合金材料在航空航天、精密仪表、半导体封装等诸多领域应用广泛。基于电沉积原理的铁镍合金电铸工艺因其具有晶粒尺寸小、成分可调节、温度低、能耗小等优点,正在现代工业中发挥着不可比拟的作用。本文在传统电铸试验的基础之上,提出了真空电铸铁镍合金和阴极旋转电铸铁镍合金新工艺。
  本研究主要内容包括:⑴开展传统电铸铁镍合金试验,总结并分析传统电铸中电铸层易起皮开裂、铁含量低等问题。⑵为进行真空电铸试验,搭建了真空电铸铁镍合金试验装置,包括电铸单元、真空度控制单元、阴极单元、阳极单元、温度控制单元等。通过变换电参数进行真空电铸铁镍合金工艺试验,利用多种现代分析手段对真空电铸制备的铁镍合金层的铁含量、微观结构、晶粒大小、显微硬度、线膨胀系数进行了检测与分析。研究表明:与传统电铸工艺相比,真空电铸工艺可以获得更好的表面质量,提高电铸层的铁含量,改善电铸层的微观结构,提高显微硬度,降低线膨胀系数。⑶开展了阴极旋转电铸铁镍合金试验研究,通过改善电铸工艺条件制备了较大厚度的铁镍合金样件。探讨了电铸层的成分、微观组织、力学性能、热膨胀性能与电流密度、阴极转速等工艺参数的关系。研究发现该工艺制备的铁镍合金电铸层的铁含量与传统电铸和真空电铸铁镍合金层相比有明显提升,组织结构发生改变,力学性能以及热膨胀性能受电铸层的成分以及组织结构的影响。
[硕士论文] 胡传林
材料科学与工程 南昌大学 2016(学位年度)
摘要:本文以A356铝合金为研究对象,运用了数值模拟和试验两种方法研究流变挤压铸造工艺。前期用数值模拟完善浇铸系统指导修模,提高了生产效率。后期基于LSPSF流变制浆工艺,采用标准正交实验方案进行试验,分析得出最优工艺参数组合,并进行了试验验证,有效减少了试验工作量。
  本研究主要内容包括:⑴利用数值模拟软件Anycasting对两种不同的铸件模型进行数值模拟,对比了两模型在充型凝固过程中的金属流动和卷气情况,分析了原模型中气孔、夹渣等缺陷发生的位置及其原因,获得了较优的解决方案,并进行了试验验证,模拟结果与试验吻合良好。用数值模拟方法指导修模,减少了修模过程的盲目摸索和试验次数,有效的提高了生产效率。⑵在模具修改完善后,利用标准正交实验验方法进行流变挤压铸造工艺的实验研究,分析模具预热温度、挤压比压、挤压速度三个参数对铸件组织和性能的影响,通过极差和方差分析获取了各指标的因素主次顺序、最优的实验组合及各因素的显著性,并对最优组合进行了试验验证。基于LSPSF工艺稳定的制浆水平,流变挤压铸造工艺参数对微观组织指标的影响较小,仅模具温度为主要影响因素,其对当量直径的影响较为显著。流变挤压铸造工艺参数对力学性能各指标的影响较大,各因素的影响主次顺序依次为挤压比压、模具温度、压射速度,最佳工艺参数组合为挤压比压50MPa,模具温度200℃,压射速度0.5m/s;并最终通过试验验证证实了最优参数组合的结论。在最优工艺组合条件下生产的A356铝合金铸件,组织细小圆整,晶粒的当量直径为70-80μm,形状因子在0.62左右,铸件T6热处理后的性能达到:抗拉强度328MPa,屈服强度257MPa,延伸率10.6%。
[硕士论文] 万骏
材料加工工程 南昌大学 2016(学位年度)
摘要:二十世纪七十年代以来,半固态金属成形技术作为一种净终态成形技术受到了许多关注,尤其在铝合金零件中有着广泛的应用。与传统铸造相比,半固态金属成形技术有着诸多的优点,比如操作简单、节约能源、高效率等。目前,半固态浆料制备技术主要有以下几种方法:机械搅拌法、电磁搅拌法、倾斜冷却板制备法、超声振动法等等。超声振动法作为近几年新兴的方法,有着其独特的优点:在超声过程中不容易破坏熔体表面,这样能使浆料组织更加圆整。
  本文利用超声原位的方法制备了半固态TiAl3/ZL101铝基复合材料,研究了不同超声工艺参数对半固态浆料组织的影响,同时还测量了不同条件下半固态浆料组织的表观粘度,结果表明:随着超声温度的降低,初生α-Al相尺寸逐步变大,形貌有近球状变为椭圆状、蔷薇状、树枝状。当超声时间增加时,初生α-Al颗粒尺寸先减小,后增大。随着超声功率的增加,初生α-Al相颗粒尺寸逐步减小,形状系数增加。当超声温度为608℃、超声功率为1000 W、超声时间为60 s时,获得的半固态浆料组织中的初生α-Al颗粒形貌较为理想,平均初生α-Al颗粒尺寸为62μm,形状系数为0.8。半固态TiAl3/ZL101铝基复合材料的表观粘度随着TiAl3体积分数和固相分数的增加而增加,随着超声功率的增加而减小。根据本实验测得数据,建立了基于超声振动制备半固态TiAl3/ZL101铝基复合材料的流变模型:此处公式省略:此外,根据本实验得出的流变模型,在 VS2005平台用 FORTRAN语言将Flow3D软件进行二次开发,将所得的新模型镶嵌到Flow3D软件中来模拟半固态TiAl3/ZL101铝基复合材料流变成形的过程,通过软件模拟出零件在充型过程中温度场、压力场和表面缺陷的分布情况,同时为了优化半固态成形工艺参数,选取浇注温度、压射速度和模具温度三个因素进行正交实验,得出的结果表明:半固态条件下零件的成形质量优于液态条件下零件的成形质量,零件的速度场和压力场在半固态条件下分布较为均匀。需要保持较高的浇注温度和模具温度才能保证半固态浆料的流动性能,制备出质量较好的铸件。另一方面,压射速度较大时,可以使半固态浆料获得较大的充填速度,从而获得表面轮廓较好的端盖零件。综合所有模拟结果得出最佳的工艺参数为浇注温度600℃、压射速度2 m/s、模具温度200℃。根据模拟结果得出的工艺参数,进行了实际的半固态压铸实验,将所得零件与模拟结果进行了对比,验证了模拟结果的可靠性。
[硕士论文] 王明光
材料加工工程 中北大学 2011(学位年度)
摘要:对铸件的凝固组织进行数值模拟,有利于深入理解凝固组织形成机制,从而优化铸件的成型工艺。本文基于凝固枝晶生长的二维相场模型,建立了其三维相场模型。
  枝晶生长过程可以分为两个阶段。第一阶段,晶核在过冷熔体中逐渐长大,并沿主轴方向优先生长;第二阶段,在一次枝晶臂上萌发侧向分支,当一次枝晶臂生长到边界时,生长受到限制,枝晶主干停止生长,侧向分支竞争生长并且粗化,趋于充满计算区域。
  界面原子运动时间参数0-对枝晶形貌影响很大。当0-很小时,固液界面不稳定,扰动容易放大,形成复杂的边枝,枝晶形状发生了变异,扰动的影响使晶粒生长速度较快,随着0-的增大,固液界面变得稳定,形成了光滑的枝晶形貌。
  随着过冷度增加,枝晶尖端生长速度加快,过冷度越大,侧向分支越多。
  热噪声对定向凝固固液界面形态转变起了重要作用,在热噪声作用下,晶体生长形态将由光滑的胞晶结构向侧向分支的胞状枝晶转变。
  本文研究了各向异性系数对NiCu合金枝晶生长的影响,随着各向异性增加,NiCu合金固液界面浓度梯度增加,枝晶生长速度加快,当各向异性系数增大到0.07时,由于枝晶尖端生长速度大于溶质原子扩散速度,使得溶质原子聚集在固相中,从而大大提高了固相浓度。
  相场和温度场的耦合强度是非常重要的参数,它决定着热量和凝固的联系,对晶粒的生长具有绝对的控制作用。当耦合系数很小时,温度场对相场的影响较小,各个方向的生长速度大致相同,各向异性不明显;随着耦合系数的增大,各向异性程度加强,各个方向的生长速度变快,主轴方向的生长优势突出,枝晶主枝开始变得细长,界面前沿稳定,晶核长大为光滑的枝晶,温度边界层变薄。
[硕士论文] 陈禅平
材料加工工程 哈尔滨工业大学 2006(学位年度)
摘要:本实验主要目的是利用砂型铸造研究含不同比例重熔料A357合金通过细化、变质、细化变质交合处理后组织与性能的变化,对合金性能进一步改善。
  以Al-5Ti-1B作为细化剂,加入量为4%,细化温度730℃,以Al-10Sr作为变质剂,加入量为0.4%,变质温度730℃,把已细化或者变质后的金属液浇铸到金属型中制成细条作为重熔料,研究新料以及含20%、30%、40%重熔料的A357合金在同样的精炼工艺经过细化、变质、细化变质这三种处理后力学性能和组织的变化。
  实验结果表明,加入不同比例重熔料的A357合金细化处理后,合金的抗拉强度比新料的抗拉强度高,合金晶粒尺寸明显减少。其中含30%重熔料时晶粒尺寸及二次枝晶间距均最小,其平均抗拉强度、屈服强度以及延伸率最高,抗拉强度比新料提高了20%,屈服强度由101MPa提高到112MPa,延伸率则提高了39%。
  加入不同比例重熔料的A357合金经过变质处理后,合金的二次枝晶间距变化不大,合金的抗拉强度较新料的抗拉强度提高;含30%重熔料时初生α枝晶数量最少。其抗拉强度比新料增大了8.4%,屈服强度比新料屈服强度提高23.7MPa,延伸率也由3.4%增大到3.8%。
  A357合金经过细化变质综合处理,绝大部分共晶硅呈点粒状,当重熔料含量超过30%时,出现少量的片状共晶硅组织。含重熔料合金细化变质后的二次枝晶间距与新料接近,晶粒尺寸都比新料的晶粒尺寸小,特别是含30%重熔料晶粒尺寸比新料降低了18%,抗拉强度比新料提高了9%,延伸率由2.1%提高到3.9%,而屈服强度与新料相当。
[硕士论文] 权林林
材料加工工程 哈尔滨工业大学 2006(学位年度)
摘要:本论文通过对468Q发动机铝合金缸体现行压力铸造工艺的分析和数值模拟的研究,掌握了468Q发动机缸体铸件充型、凝固的规律以及存在的问题,得出了优化的压力铸造工艺参数,为获得具有自主知识产权的468Q发动机缸体压力铸造工艺提供了重要数据。
  利用数值模拟软件AnyCasting,采用现行的压力铸造工艺模拟压铸了468Q发动机缸体。模拟结果表明,用现行铸造工艺方案压铸,金属液的充型比较平稳、完整,凝固过程合理,基本实现了顺序凝固。模拟分析得出的易发生铸造缺陷的部位,与实际压铸件中铸造缺陷频繁发生的部位相符。
  采用三因素三水平正交实验法对发动机缸体压力铸造工艺方案进行了优化设计,研究了三个主要工艺参数(浇注温度、压射速度和慢/快压射距离)对铸件质量的影响。模拟结果表明:(1)随着浇注温度的升高,压铸件缩孔缩松缺陷产生的倾向有所增大;(2)随着压射速度的增大,压铸件缩孔缩松缺陷产生的倾向有所减小;(3)随着慢压射距离的增大(快压射距离减小),压铸件缩孔缩松缺陷产生的倾向有所减小。优化的工艺参数应为:浇注温度630℃、压射速度3m/s、慢/快压射距离630/80mm。
  采用优化工艺参数进行了468Q发动机铝合金缸体的实际压力铸造实验,并对所压铸出来的缸体件进行了解剖和宏观观察分析。分析结果表明,所压铸的缸体件的缺陷的形成与模拟结果相近,且缺陷程度有所减轻。
  本文对468Q发动机铝合金缸体压力铸造工艺过程进行了数值模拟研究,研究结果为获得优质的468Q发动机缸体件以及提高其成品率奠定了基础。
  
[硕士论文] 熊继春
材料加工工程 哈尔滨工业大学 2006(学位年度)
摘要:钛合金是一种对国防和国民经济发展有特殊战略意义的难熔和活泼金属,但由于成形制备工艺复杂,生产过程耗能多,造成了严重的资源浪费。因此,大力发展新型钛合金冷坩埚和无模电磁定向凝固成形技术具有重要的理论意义和应用价值。
  本文以理论建模和计算机模拟为研究手段,以本文作者所在课题组的实验工作为基础,建立了钛合金电磁定向凝固系统电磁场计算的有限元(FEM)数值计算模型,并独立编制出通用性较好的2D谐响应电磁场模拟计算程序。将本文电磁场的FEM计算结果转换成适合于本课题组自行编制的铸件凝固三传数值模拟程序数据格式,初步达到了对钛合金铸锭/铸件电磁定向凝固传输过程进行自主的多物理场耦合数值计算的目的。本论文主要完成了以下工作:
  结合本课题组的实验工作,建立了钛合金电磁定向凝固电磁场计算的物理模型。根据Maxwell方程组,应用有限元的方法建立了钛合金电磁定向凝固电磁场计算的数值模型。采用Fortran90语言编制了钛合金电磁定向凝固系统电磁场分布数值计算的通用程序。
  利用ANSYS8.0软件对钛合金电磁定向凝固系统进行造型和FEM剖分,为本论文程序提供造型和剖分数据。同时应用ANSYS8.0软件模拟计算相同凝固系统的电磁场分布,将ANSYS电磁场计算结果与自行编制程序计算出的电磁场数据进行了对比。结果对照表明:本论文自行编制的电磁场FEM模拟程序给出的计算结果是可靠的,两者电磁场分布规律是相似的。
  改写了本论文程序以及ANSYS软件计算得到的电磁场有限元数据到有限差数据的转换程序,成功实现了多种钛合金电磁定向凝固系统的FEM→FDM电磁场数据格式转换。
  将本论文程序计算得到的电磁场有限差格式数据耦合到本课题组自行编制的铸件三传模拟程序,针对本课题组某钛合金上、下锭冷坩埚电磁定向凝固工艺的电磁加热升温过程进行了耦合模拟计算。模拟计算结果显示:在电磁加热的最初几十秒内上、下锭在感应线圈附近的温度急剧上升,在100秒以后钛合金上、下锭中的温度场分布逐渐趋于平衡状态。
  将本文电磁场的计算结果与钛合金类叶片铸件定向凝固传输过程进行耦合模拟,并与未加电磁场定向凝固传输过程情况进行对比,计算结果显示:加谐响应电磁场后,凝固叶片液相区的对流明显增强,且流态复杂,出现较多的快速旋转涡流,导致压力场分布出现一定数目的负压力洞,同时明显地改变了合金铸件凝固温度场与浓度场的分布。
  
[硕士论文] 李敏
材料加工工程 哈尔滨工业大学 2006(学位年度)
摘要:铝及铝合金铸件容易产生气孔、夹杂等缺陷,使其内在质量大幅度下降。铝及其合金的液态质量又直接影响到铸件的质量。然而又缺乏有效的检测手段对炉前熔体进行检测,以控制其液态质量。本文旨在研究影响铝合金液态质量的综合因素及其理论知识,并利用工控机技术,研制出适合于炉前控制液态合金冶金质量的测氢仪。
  本文研制测氢仪遵守的原则为:操作简单、稳定性好、精度高,能在很短的时间内测出铝液的含氢量。
  出于在工业控制系统中应用的方便性、智能化及经济性等因素的考虑,本控制系统选用了80486工控机,使得控制系统更加灵活、直观。
  研究了测氢控制系统的压力、温度信号的采集输入输出系统。本控制系统采用的是ADS-808型压力传感器、普通镍铬-镍硅热电偶、ADAM-4018模拟量输入输出模块及ADAM-4250接口模块,使得控制系统更加集成化。并利用高度集成化的Borland C++工作平台作为编程工具,设计了主程序和温度、压力采集子程序。
  对测试系统进行了软件和硬件调试。工控机系统的调试结果表明,该系统使用简洁、测试时间短、功能完善,基本上能满足实际生产的需要。
  
[硕士论文] 王亮
材料加工工程 华中科技大学 2009(学位年度)
摘要:随着国民经济和房地产行业的发展,混凝土泵送车在我国应用越来越普遍。三一重工涟源工业园采用消失模工艺已大批量生产了混凝土泵送车R260型高锰钢材质输送弯管。为进一步提高R260型输送弯管的使用寿命,本课题对其消失模双金属复合铸造工艺进行了探索性研究,重点是通过调整工艺参数实现该型复合弯管的两种金属铸造熔合。
   本研究根据泵车输送弯管工作条件,设计了复合弯管的结构,选定了高铬铸铁KmTBCr26与高锰钢Mn13-4作为复合的金属材料,并设计了R260型消失模液固复合弯管铸造的成型方法。根据设计的成型方法以及R260型高锰钢弯管消失模工艺,确定了实验步骤,总结了在制备耐磨层铸件、复合弯管模样、涂挂涂料以及组模等前期准备工作中应当注意的事项和操作技巧。以现场消失模铸造生产线为实验条件,通过工艺实验,摸索出实现消失模复合弯管铸造熔合的主要工艺参数,逐步实现了两种材料的熔合,基本消除了消失模双金属复合弯管的铸造缺陷,分析了缺陷产生的原因。通过电镜扫描等检测手段,分析了复合弯管的界面熔合效果以及抗磨、抗冲击等力学性能。
[硕士论文] 张斗
材料加工工程 华中科技大学 2009(学位年度)
摘要:钢锭模是炼钢厂生产大型锻件毛坯的主要冶金器具之一,在工作状态下,钢锭模受到温差应力、相变应力、残余应力、机械应力等综合应力的作用,易产生裂纹、龟裂、鳞剥,使钢锭模报废。蠕铁具有导热性能好、抗拉强度高、抗氧化生长性能及耐热疲劳性能良好的特点。因此,利用蠕铁制造钢锭模,可显著提高钢锭模的耐开裂、龟裂以及抗变形能力,并能减轻重量,提高模锭比,降低模耗,将产生显著的经济效益和社会效益。
   本文以生产大型蠕铁钢锭模为目标,采用模拟试块,研究蠕化剂的组成及蠕化工艺对厚大断面蠕铁的组织和性能的影响,开发具有良好蠕化及抗衰退能力的蠕化剂及蠕化处理工艺;研究冷铁等对厚大断面蠕铁组织和性能的影响;对比研究蠕铁与灰铁的耐热性能。同时,利用华铸CAE软件对钢锭模的充型及凝固过程进行模拟计算,优化钢锭模的铸造生产工艺。开发适合于大型钢锭模的蠕铁材质及生产工艺。对比研究了REMg、YSBM-1、YSBM-3、YSBM-A四种蠕化剂对厚大断面蠕铁组织和性能的影响。研究结果表明,重稀土蠕化剂(YSBM-A)的具有良好的蠕化效果和抗衰退能力,采用该蠕化剂处理的400mm×400mm×450mm模拟试块中心部位的蠕化率达到85%,试块的组织均匀性较好,抗拉性能达到315MPa,延伸率达到3.3%,满足钢锭模材质的要求。冷铁可显著缩短厚大断面蠕铁的凝固时间、提高试块中心的蠕化率,在相同蠕化处理条件下模拟试块中心部位的蠕化率由未加冷铁的35%提高到55%,破碎石墨的数量明显减少,获得了均匀分布的蠕墨和晶粒细小的基体组织。蠕铁72 小时的平均氧化增重为3.14g/(m2·h),显著低于灰铁的4.76g/(m2·h);700℃至室温的水淬试验中,蠕铁的平均热疲劳寿命为42次,高于灰铁的30次。利用华铸CAE模拟优化的结果,采用雨淋式工艺,成功生产出48t钢锭模。钢锭模附铸块的蠕化率达到85%,抗拉强度为350MPa,延伸率为7.5%,达到了RuT300的水平。420t钢锭模的优化工艺为上、下双浇注系统,上浇注系统为雨淋式,下浇注系统为二级底注式,浇注温度1300℃~1320℃。
[硕士论文] 赵仕平
材料加工工程 华中科技大学 2009(学位年度)
摘要:随着对产品研发设计效率要求的不断提高,快速成型技术得到了广泛的应用。作为快速成型技术之一的熔丝沉积(FDM)技术,也快速发展起来。熔丝沉积(FDM)技术的最大优点在于加工过程中不使用激光器,因此加工成本较低。熔丝沉积(FDM)技术中,有三个主要问题需要解决,第一个问题是丝材的传导过程中经常出现堵塞或断丝现象,第二个问题是所使用的成型材料的质量问题,第三个问题是加工过程中的扫描路径问题。本课题所要解决的就是这三个问题的其中之一,即丝材传导过程中经常出现的丝材堵塞或断裂现象。在对FDM技术和数控技术的研究分析基础上,进行了导丝机构的结构设计和控制系统的设计。提出了丝材传导双电机驱动的方法,并提出了以基于ARM内核的32位微处理器STM32103VB为核心的硬件平台和软件平台。控制系统硬件采用模块化设计,主要包括步进电机驱动电路、RS232串行通信电路、电源电路、USB接口电路等;软件部分主要包括STM32103VB与步进电机驱动芯片L9935之间的SPI通信,步进电机的PWM(脉宽调制)调速。通过以上工作,解决了导丝机构在丝材传导过程中经常出现的堵塞和断丝现象,丝材能够顺利导入加热块进行加热;电路的模块化设计,使得系统更加简洁,步进电机和PWM调速方法的采用,使得丝材传导的速度更易控制。
[博士论文] 王永喆
材料加工工程 哈尔滨工业大学 2015(学位年度)
摘要:TiAl基合金具有高的比强度、良好的高温强度和优异的抗蠕变性能,可满足航空航天领域对轻质耐热结构材料的需求。但其较低的室温塑性与韧性限制了其实际应用。众所周知利用材料的织构化,发挥材料的性能优势,是具有重要价值的研究课题,由于TiAl基合金具有很强的力学性能各向异性,通过片层组织取向化控制的方法,可以获得最佳的强度、塑性和韧性。然而应用定向凝固技术制备取向化片层组织TiAl基合金时,由于陶瓷坩埚与TiAl基合金熔体的化学反应,会导致合金中氧含量的增加,为此我们采用分瓣式水冷铜坩埚,建立了一种新型的冷坩埚电磁约束定向凝固技术,不但为制备含氧量低且片层组织取向化定向排列的 TiAl基合金的制备奠定了技术基础,还对促进高强高韧TiAl基合金制备技术的发展具有重要的理论和实际意义。本文选用Ti-(43-48)Al-2Cr-2Nb合金,通过改变Al元素含量和定向凝固技术参数,系统地研究了 Al成分和定向凝固抽拉速度对冷坩埚定向凝固 TiAl基合金铸锭表面质量以及宏微观组织的影响,测试和阐明了定向凝固TiAl基合金的断裂韧性和裂纹扩展行为,分析了合金硬度、压缩性能以及拉伸性能与显微组织之间的对应关系。
  本研究主要内容包括:⑴通过对冷坩埚定向凝固TiAl基合金铸锭表面质量的分析,发现抽拉速度是重要的影响因此,较大的抽拉速度会使定向凝固铸锭凝壳的增厚,同时凝壳的凝固收缩和重熔现象严重,会导致凝壳应力和变形等的不均匀分布,产生较多的表面缺陷,而降低抽拉速度会减小凝壳厚度的不均匀性,减缓应力的释放,可有效改善铸锭的表面质量。⑵通过研究冷坩埚定向凝固 Ti-(43-48)Al-2Cr-2Nb合金成分-抽拉速度-宏观组织之间的关系,发现采用较慢的抽拉速度能够得到柱状晶组织连续的定向凝固试样,而较快的抽拉速度不利于低Al含量的Ti-43Al-2Cr-2Nb和Ti-45Al-2Cr-2Nb合金柱状晶的连续性生长,严重时甚至会导致等轴晶化,主要由于较快的抽拉速度导致α相在β相上的大量形核,进而打断柱状晶组织连续的生长。而对于含Al较高的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金,在较快的抽拉速度下是α相凝固,不会发生β/α固态相变,影响柱状晶组织连续性。⑶定向凝固Ti-(43-48)Al-2Cr-2Nb合金的微观组织主要由α2/γ片层和少量B2相及块状γ相组成。Al含量和抽拉速度对微观组织的影响主要为:随Al含量增加,α2相和B2相含量减少,相应的γ相增多,同时片层间距增大;抽拉速度(V)和片间距(λ??)近似满足:λ??=K.V-0.5的关系;B2相含量(f??2)与抽拉速度的倒数(1/V)存在指数递减的关系,即:f??2=Aexp?[-B/??];改变凝固路径,进而影响片层方向。在0.2mm/min-1.5 mm/min的抽拉速度范围内,Ti-43Al-2Cr-2Nb和Ti-45Al-2Cr-2Nb两种合金由与生长方向成近0°和近45°的片层构成。而对于Ti-48Al-2Cr-2Nb合金,随抽拉速度的提高,组织中近平行片层和近45°片层减少,90°片层增多,至1.2mm/min时,全部由垂直片层构成。⑷室温拉伸试验表明,B2相是微裂纹的起源,还会降低片层相界对穿层裂纹的扩展阻力,因此,减少 B2相含量,可同时提高定向凝固 Ti-43Al-2Cr-2Nb和 Ti-45Al-2Cr-2Nb合金的室温抗拉强度和延伸率;对于B2相含量较少的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金,拉伸性能主要受片层取向的影响。因为在拉应力作用下,90°片层的抗裂纹扩展能力最差,裂纹的沿片层扩展几乎无阻力,因此,不含90°片层的试样,抗拉强度和塑性都很较高;随试样中90°片层的增多,抗拉强度和塑性同时减小;如果试样全部由近90°的片层构成,很容易在弹性变形阶段断裂失效。⑸采用单边缺口三点弯曲试验(SENB)研究了T定向凝固Ti-(43-48)Al-2Cr-2Nb合金的断裂韧性,表明定向凝固合金的断裂韧性和裂纹扩展有明显的各向异性,当α2/γ片层界面与裂纹扩展方向平行时,断裂韧性最低且裂纹沿片层扩展,当α2/γ片层界面与裂纹扩展方向垂直时,断裂韧性最高,裂纹穿片层扩展,以界面分层和裂纹偏转为增韧机制。B2相对断裂韧性的影响主要取决于裂纹扩展方式,当裂纹沿片层扩展时,B2相有阻碍裂纹扩展的能力,起到增韧的作用,而当裂纹穿片层扩展时,大块脆性的B2相和片层基体结合较弱,使裂纹容易扩展,降低了断裂韧性。因此,减少B2可提高定向凝固Ti-43Al-2Cr-2Nb和Ti-45Al-2Cr-2Nb合金的断裂韧性;减少垂直片层可提高定向凝固Ti-43Al-2Cr-2Nb合金的断裂韧性。
[硕士论文] 邢玉龙
机械制造及其自动化 长春理工大学 2017(学位年度)
摘要:非球面镜的制造技术不仅是先进光学制造领域的难题,也是衡量一个国家制造业发展水平的重要标志。传统非球面光学玻璃的加工方法具有加工时间长,用料浪费大,加工成本高等缺点。非球面离心熔铸成型是一种新的加工技术,它具有节省大量材料,减少加工时间,适合制造各种尺寸非球面光学玻璃的优点。
  本文对离心熔铸成型技术采用仿真与实验相结合的方式进行了研究。仿真过程分为两个阶段:加热匀热阶段和离心阶段的有限元仿真。加热匀热过程仿真中用ProCAST软件根据H-FK61光学玻璃的物理参数及实验中的工艺参数设置模拟参数,然后进行模拟。主要查看加热过程中的热量来源,加热最小时间,内部应力情况以及保温时间。离心过程仿真中用FLUENT软件进行模拟,根据原理选择湍流模型,设置仿真参数,通过仿真结果查看速度矢量,表面成型情况,通过和标准方程对比得出离心熔铸成型方法是可行的。实验过程中,采用仿真过程得出的工艺参数进行实验。分别采用三组不同的工艺参数,通过相关仪器测量上表面形状以及形状精度,验证离心熔铸工艺的可靠性,测量结果符合对表面形状的预测,同时也验证了有限元仿真结果的正确性。
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