铜单晶连铸过程中固液界面位置和形状的数值分析

为了准确地控制工艺参数 ,获得表面光洁、高质量的连铸铜单晶 ,采用数值分析方法研究铜单晶连铸时固液界面的位置和形状 .发现铸型温度 (TM)、连铸速度 (v)、冷却位置 (L)和熔体温度 (TL)影响固液界面的位置和形状 ,并且铜单晶连铸时固液界面向熔体呈凸出形状 .当固液界面位于铸型内距出口端 2～ 3 m m时 ,可获得表面光洁、晶体取向度小于 10°的连铸铜单晶 .为了获得高质量的单晶 ,固 -液界面面必须平滑 ,甚至是平界面 .计算结果与实验结果吻合很好 ,可用数值分析方法确定连铸铜单晶的工艺参数 ,为铜单晶连铸提供理论依据 .     

影响热型连铸制备纯铝线材的工艺因素研究

在自制的水平式热型连铸设备上进行了工艺实验 ,结果发现 ,铸型温度、连铸速度、冷却距离对液固界面的位置有着显著影响 .要想得到成功的热型连铸铸锭 ,铸型温度、连铸速度和冷却距离必须相互配合     

单晶铝线材连铸工艺的试验研究

根据单晶连铸技术原理,分析了单晶连铸过程的主要影响因素,并根据流体力学模型以及传热模型计算了液体金属压力和牵引速度。结果表明:根据模型确定的参数是合适的,并在铸型温度为690～780℃、冷却距离为50mm、牵引速度为1.1mm/s、开始时静压头为5～6mm、连铸时动压头为2mm左右的工艺条件下获得了Φ8mm高品质的单晶铝线材。     

下期发表论文摘要预报

Fe-Mn-Si-Cr-N形状记忆合金中应力诱发马氏体量的测定 孟庆平,戎咏华,陈世朴,徐祖耀 (上海交通大学材料科学与工程学院,上海 200030) 摘要：通过X射线衍射峰位置和强度的计算,可以测定Fe-Mn-Si-Cr-N形状记忆合金中应力诱发马氏体(ε相)体积分数.选择既不重叠又有足够强度的奥氏体的{111}γ、{200}γ和马氏体的{101}ε衍射峰用于定量测定y相和ε相的含量,并以定量金相结果进行了验证.结果表明,该合金的应力诱发马氏体的体积分数fM和应变量之间符合Olsen和Cohen用于Fe-Cr-Ni合金的指数关系：fM=1-exp{-β[1-exp(-αη)]n},拟合的参数α、β和n分别为12.5、2.2和0.5,其中n值与Fe-Cr-Ni合金的n值(4.5)不同,表明Fe-Mn-Si基合金在较小的应变量下就可获得比Fe-Cr-Ni合金大得多的应力诱发马氏体量,原因可归结于两种合金的相变机制不同.实验和拟合结果也证实了Olsen和Cohen认为的在Ms点以上不能通过应力诱发得到100％的马氏体. 基于粘弹塑性理论局部焊后热处理评定准则 陆皓1,汪建华1,村川英一2 (1.上海交通大学材料科学与工程学院,上海 200030;2.大阪大学,日本 567-0047) 摘要：采用考虑高温蠕变的粘弹塑性有限元等数值方法与实验相结合,对具有初始焊接残余应力的管子在不同热处理条件下进行了分析,特别是对局部焊后热处理加热宽度的确定进行了研究.提出了2个局部焊后热处理的评定准则,即基于残余应力消除效果的残余应力准则和基于改善焊接接头性能的均热区温差准则.局部焊后热处理应同时满足这两个准则的条件. Ti51Pd30Ni19合金的相变及力学性能特征 田青超,吴建生 (上海交通大学材料科学与工程学院,上海 200030) 摘要：制备了Ti51Pd30Ni19高温形状记忆合金.利用高温X射线衍射(XRD)分析及热分析(DSC)研究了合金的相变过程,并对其在不同加载条件下的力学性能进行了测试.结果表明,合金的马氏体相变开始温度可达212℃,合金在马氏体及奥氏体状态下具有不同的屈服强度及形变强化能力.在室温下,合金的形状记忆性能随拉伸变形量的增大而降低.获得了该合金的伪弹性：在奥氏体转变结束温度附近进行拉伸循环,三次加载-卸载循环后即可获得稳定的弹性滞后回线. 316L奥氏体不锈钢焊接热影响区性能 王敏1,G. MICHEL2, J.F. JULLIEN2 (1.上海交通大学材料科学与工程学院,上海 200030; 2. INSA de Lyon, 20 Avenue Albert Einstein, 69621 Villeurbanne, France) 摘要：为了研究316L焊接热影响区性能,采用特定的热、应力、应变模拟控制曲线,对其在20℃、600℃、1 000℃及1 100℃几种温度下进行热模拟拉伸试验,获得了此种材料在多种应变速率下的应力-应变曲线.结果表明,在一定的应变速率下,316L的弹性模量E及屈服极限σ0.2都随温度升高明显降低;在室温及高温下,316L存在着σ0.2随应变速率提高而提高的应变率效应,且应变率敏感性随温度升高而增加.同时,还观察到316L在高温(1 000℃和1 100℃)塑性状态下由粘塑性引起的应力松弛现象及室温下的加工硬化现象. Ce-Y-TZP陶瓷中的马氏体相变与形状记忆效应 张玉龙1,金学军1,徐祖耀1,张玉峰2,施剑林2 (1. 上海交通大学材料科学与工程学院,上海 200030;2.中国科学院上海硅酸盐研究所,上海 200050) 摘要：用共沉淀法制备了8 mol％CeO2-0.25 mol％Y2O3-ZrO2(8Ce-0.25Y-TZP)、8Ce-0.50Y-TZP和8Ce-0.75Y-TZP 3种成分的超细粉,于1 500℃分别烧结2、3、6 h成形.8Ce-0.25Y-TZP的马氏体相变开始温度Ms在室温以上,室温下基本上不具有形状记忆效应;8Ce-0.50Y-TZP的形状记忆效应最佳,其中烧结6 h的试样最大可恢复应变为1.18％;8Ce-0.75Y-TZP的形状记忆效应较差.Ms与材料的强度密切相关,晶粒大小和密度等也有影响. 大晶粒TiAl基合金的超塑性变形行为 孙锋,林栋樑 (上海交通大学材料科学与工程学院,教育部高温材料及高温测试重点实验室,上海 200030)摘要：研究了大晶粒Ti-47Al-2Mn-2Nb-B合金的高温变形行为.该合金具有近等轴γ组织,其间均匀分布着少量极细的α2相.测试在空气中进行,试样用釉涂覆加以保护,温度为1 025～1 100℃,初始应变速率范围为(0.04～1.28)×10-3 s-1.该合金表现出和常规细晶超塑性材料相同的变形特征,而无需满足细晶和晶界滑移的先决条件.在所研究的大多数情况下,均可获得200％以上的延伸率.1 100℃,4×10-5s-1均匀变形条件下可获得287.5％的最大延伸率,相应的应变速率敏感指数为0.39.超塑变形后观察到显著的晶粒细化. Al-Si合金凝固相变热的Fourier算法 孙业赞1,曹刚1,姚寿山1,于敞1,张国伟2 (1.上海交通大学材料科学与工程学院,上海 200030;2.上海航天局新江机器厂,上海 201600) 摘要：应用Fourier有源热传导理论,使用装有两支热电偶的热分析样环,研究了铝合金凝固相变热的Fourier算法及其计算机辅助分析系统.测量了含Si量分别为6.34％、7.68％和8.46％铝合金的凝固相变热.计算结果分别为407、411和429 kJ/kg.与差热分析法比较,最大误差小于6％,其计算精度远高于Newton算法.实验结果证明,使用凝固始点和终点的热扩散系数αs、αe和Newton迭代法来计算凝固区间的"零"曲线具有更好的精度,所确定的"零"曲线更接近凝固相变的自然过程.说明建立在这种算法上的合金凝固质量计算机辅助冷却曲线分析系统,可广泛地用于材料加工过程的信息和参数计算. γ(fcc)→ε(hcp)马氏体相变切变角的AFM测定方法 石玮,郭正洪,戎咏华,陈世朴,徐祖耀 (上海交通大学国家教育部高温材料及高温测试重点实验室,上海 200000) 摘要：建立了一种测量γ(fcc)→ε(hcp)马氏体相变切变角的方法.运用Thompson四面体和几何模型推导出马氏体变体的迹线方向,通过计算求得相变浮凸角与真实切变角的对应关系.应用原子力显微镜(AFM)测量了Fe-30Mn-6Si合金应力诱发马氏体相变的浮凸角.文中两个实例计算结果分别为17.85°和21.10°,与理论值19.47°相比误差小于2°,表明该方法具有精度较高、操作简单的特点. 铝合金阳极氧化膜的微观结构分析 刘磊1,胡文彬1,吴建生 (1.上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室; 2.上海交通大学国家教育部高温材料及高温测试重点实验室,上海 200030)摘要：使用透射电镜现察了铝合金阳极氧化膜的微观结构,发现了阳极氧化膜的阻挡层与多孔层以及独特的六角形胞孔结构,氧化膜胞孔的孔道沿氧化膜表面向铝合金基体方向呈收缩趋势,这与阳极氧化过程中电压升高对多孔结构生长的影响有关.结合阳极氧化膜生长环境以及氧化膜的生长模型,探讨了氧化膜多孔结构的生长方式。 定向凝固Fe-6.5％Si合金室温三点弯曲过程中的滑移 宋洪伟1,林栋梁1,单爱党1,陈家光2,王聪2 (1.上海交通大学材料科学与工程学院,教育部高温材料及高温测试重点实验室,上海 200030; 2.上海宝山钢铁(集团)公司研究院,上海201900) 摘要：分析了定向凝固Fe-6.5％Si合金室温三点弯曲试样中的滑移带,采用EBSD方法测定了晶界位向差和晶粒取向.结果表明,在横向试样近下表面两个位向差为29.3°的晶粒中,滑移带在{001}面上分别与<010>方向成25°和60.7°.经分析,这两组滑移带都不属于{110}<111>滑移系,而可能属于{112}<111>或{123}<111>滑移系. 铜单晶连铸过程中固液界面位置和形状的数值分析 许振明1,耿关祥2,李建国1 (1.上海交通大学材料科学与工程学院,上海 200030;2.上海汽车有色铸造总厂,上海 200062)摘要：为了准确地控制工艺参数,获得表面光洁、高质量的连铸铜单晶,采用数值分析方法研究铜单晶连铸时固液界面的位置和形状.发现铸型温度(TM)、连铸速度(v)、冷却位置(L)和熔体温度(TL)影响固液界面的位置和形状,并且铜单晶连铸时固液界面向熔体呈凸出形状.当固液界面位于铸型内距出口端2～3 mm时,可获得表面光洁、晶体取向度小于10°的连铸铜单晶.为了获得高质量的单晶,固-液界面面必须平滑,甚至是平界面。计算结果与实验结果吻合很好,可用数值分析方法确定连铸铜单晶的工艺参数,为铜单晶连铸提供理论依据 凹凸棒粘土对消失模涂料触变性的影响 吴国华1,谢敏2,丁文江1,罗吉荣3 (1.上海交通大学材料科学与工程学院,上海 200030;2.合肥工业大学外语系,合肥 230069; 3.华中科技大学材料学院,武汉 430074) 摘要：从提高消失模涂料的触变性出发,采用安徽凹凸棒粘土作为消失模涂料的触变剂.利用差热分析、电镜、x射线衍射、红外吸收光谱等方法测试了凹凸棒粘土的理化性能,并利用NXS-11型旋转粘度计研究了凹凸棒粘土对消失模涂料触变性的影响,提出了消失模涂料的触变性数学模型.结果表明,安徽凹凸棒粘土的理化性能与美国凹凸棒粘土相似,是一种成分较纯的凹凸棒粘土.凹凸棒粘土是一种优良的消失模水基涂料的触变剂,且凹凸棒粘土与膨润土对涂料触变性的影响有显著的差别,膨润土形成的结构破坏很快,恢复则缓慢;凹凸棒粘土的结构破坏与恢复均是一个比较平缓的过程. Bi对AZ91镁合金时效析出动力学过程的影响 袁广银1,孙扬善2,曾小勤1,吕宜振1,王渠东1,丁文江1 (1.上海交通大学材料科学与工程学院,上海 200030;2.东南大学材料科学与工程系,南京 210096) 摘要：实验合金中Bi的加入量为0.5％～2％,合金在SF61％/CO2混合气体保护下熔炼,通入氩气精炼后在预热至250℃的金属型中浇铸成130 mm×40 mm×20 mm的板状试样,浇铸温度720℃.将铸态试样经过固溶处理(420℃,12 h)后,在200℃进行时效.实验结果表明,Bi的加入延长了合金的时效进程,有效地抑制了时效组织中非连续析出相的形成,促进了连续沉淀相的析出.电子束微区分析(EDAX)和透射电镜(TEM)研究表明,Bi的加入使AZ91合金中形成了组成较复杂的连续析出相Mg17(Al,Bi)12,该析出相与基体之间具有复杂的半共格位向关系,提高了强化相的热稳定性,从而有助于合金高温力学性能的改善. NiTi形状记忆合金薄膜的残余应力吴廷斌1,漆璿1,王文杰1,董荆山1,江伯鸿1,王莉2,蔡炳初2 (1.上海交通大学国家教育部高温材料及高温测试重点实验室,上海 200030; 2.上海交通大学国家教育部薄膜与微细加工技术开放实验室,上海 200030) 摘要：采用X射线掠射法和轮廓法,测量了单晶Si基板上用磁控溅射法制备的NiTi形状记忆合金薄膜的残余应力,分析了其与薄膜厚度以及晶化处理温度等工艺条件的关系.结果表明：该薄膜中的残余应力主要来源于薄膜同基板材料的膨胀系数和晶格参数不匹配;薄膜厚度越大,残余应力越小;晶化处理温度对因热胀系数差异带来的热拉应力因马氏体相变而致的相变压应力均有不同程度的影响. 利用交变磁场分离空心圆柱状金属熔体中金属夹杂的理论研究 (2. 李克,孙宝德,疏达,李天晓,丁文江,周尧和 (上海交通大学材料科学与工程学院,上海 200030) 摘要：对空心圆柱熔体中非金属夹杂的电磁分离过程进行了动力学分析,通过解析法计算得出了无量纲数r1/δ、磁感应强度Be、电磁力作用时间t和颗粒粒径dp等与夹杂分离效率η的关系.结果表明,采用空心圆柱形状,可以使实心圆柱熔体大部分区域受力较弱的情况得到改善,提高分离效率;取频率f=10～15 kHz、r1/δ=1.5～2时,可获得最大电磁分离效率;对粒径小于5μm的夹杂颗粒,电磁分离作用不显著;磁感应强度和电磁力作用时间的最佳取值范围是t＞5 s、Be＞0.1 T. 材料科学的一个新生长点--生态材料学 周尧和,孙宝德,李天晓,许振明 (上海交通大学材料科学与工程学院,上海,200030) 摘要：针时材料产业的现状和发展趋势,提出了生态材料学的概念,即生态材料学是关于材料及材料循环过程与生态环境相互作用的科学,其目的在于使材料在满足所需性能的前提下,具有优良的生态环境协调性.分析了生态材料学的基本思想和主要研究内容,给出了环境负荷表达式和材料科学与工程的新判据.以铝合金熔体纯净化生态处理工艺为例,指出了材料科学与工程的发展方向. 铜单晶连铸过程中固液界面位置和形状的数值分析 许振明1,耿关祥2,李建国1 (1. 上海交通大学材料科学与工程学院,上海 200030;2.上海汽车有色铸造总厂,上海 200062) 摘要：为了准确地控制工艺参数,获得表面光洁、高质量的连铸铜单晶,采用数值分析方法研究铜单晶连铸时固液界面的位置和形状.发现铸型温度(TM)、连铸速度(v)、冷却位置(L)和熔体温度(TL)影响固液界面的位置和形状,并且铜单晶连铸时固液界面向熔体呈凸出形状.当固液界面位于铸型内距出口端2～3 mm时,可获得表面光洁、晶体取向度小于10°的连铸铜单晶.为了获得高质量的单晶,固-液界面面必须平滑,甚至是平界面.计算结果与实验结果吻合很好,可用数值分析方法确定连铸铜单晶的工艺参数,为铜单晶连铸提供理论依据. 铝合金阳极氧化膜的微观结构分析 刘磊1,胡文彬1,吴建生 (1.上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室;2.上海交通大学国家教育部高温材料及高温测试重点实验室,上海 200030) 摘要：使用透射电镜观察了铝合金阳极氧化膜的微观结构,发现了阳极氧化膜的阻挡层与多孔层以及独特的六角形胞孔结构,氧化膜胞孔的孔道沿氧化膜表面向铝合金基体方向呈收缩趋势,这与阳极氧化过程中电压升高对多孔结构生长的影响有关.结合阳极氧化膜生长环境以及氧化膜的生长模型,探讨了氧化膜多孔结构的生长方式.     

热型连铸工艺凝固过程的数值模拟

采用直接差分的方法对热型连铸工艺凝固过程的稳定温度场进行了模拟,绘制了热型连铸工艺凝固过程的温度曲线,分析了铸型出口温度、冷却条件、连铸速度和型内金属液温度对凝固温度曲线的影响．铸型出口温度、冷却条件、连铸速度依次为影响液固界面的主要因素,型内金属液温度对液固界面的影响很小．     

纯金属Al热型连铸凝固过程数值模拟

采用交替显式直接差分法建立了热型连铸凝固过程温度场模拟的差分数值方法，并研究了不同工艺参数对温度场分布的影响．模拟结果表明，采用交替显示差分格式建立差分方程进行热型连铸过程温度场模拟计算，计算过程简单，所得计算结果严格收敛，说明交替显示差分格式建立差分方程的合理性，是一种较好的建立差分方程的方法．连铸速度对纯金属Al凝固时固液界面的位置影响较大，随连铸速度增大，液固界面位置从型内向型外移动，与实验结果一致，说明采用计算机模拟技术是可行的．     

基于反分析法的凝固过程中界面换热系数研究

以实验测得的温度为基础,结合数值模拟方法和优化方法的反分析方法计算求解了A356铝合金铸件冷却凝固过程中铸件与金属铸型间的界面换热系数,分析了铸件与铸型间界面换热系数随界面温度变化的关系.研究结果表明:界面换热系数在固相温度以上和545℃以下基本保持为一个常数,分别约为3 000 W.m-2.K-1和500 W.m-2.K-1;而液相温度在545~555℃间为突变的线性关系,并通过线性回归分析建立了近似的数学模型.应用反求得到的界面换热系数与界面温度的变化规律,结合数值模拟软件ProCAST计算得到铸型初始温度450℃时铸件的温度与实验测量温度吻合较好.验证了通过反分析方法求解的换热系数的有效性和正确性.     

气膜对铝合金半连铸液穴形状及表面质量的影响

利用气膜连铸技术对6063铝合金熔体液穴形状、熔体与结晶器接触高度、初凝壳形成位置点以及液穴深度进行了研究.结果表明:与热顶铸造相比,气膜铸造降低了结晶器的有效散热长度,增加了熔体金属与结晶器接触高度,初凝壳形成位置点降低,液穴平直.初凝壳高度降低,减少了由铸锭的回热现象,偏析瘤和冷隔消除,铸锭表面质量明显提高.     

镍钛形状记忆合金线坯连续定向凝固温度场的数值模拟

连续定向凝固过程中结晶器的温度分布对固-液界面位置和形状具有重要影响.在建立三维物理模型以及确定材料热物性参数、边界条件与冷却水对流换热系数计算方法的基础上,采用ANSYS有限元软件对不同参数组合条件下镍钛形状记忆合金线坯连续定向凝固的稳态温度场进行了数值模拟.研究结果表明,在所给定的模型及各种参数条件下,镍钛形状记忆合金在结晶器内可以完成凝固过程,且固-液界面呈平直状,具备了进行连续定向凝固制备的基本条件.     

Cu50Ni50过冷熔体惰性形核复合玻璃涂层的研究

为了在铸型中获得深过冷合金熔体,实现快速凝固,以SiO2玻璃粉,C2H5OH,H2O,37%HCl,Si(OC2H5)4和H3BO3为原料,用熔模铸造法和浸涂结合分级热处理工艺在壳型内表面制备了B-F3复合玻璃涂层.XRD分析表明,该涂层在高温下具有极高的结构稳定性,在(1 773±5)K之下B保温90min和F3保温60min均无析晶.将获得深过冷的Cu50Ni50熔体浇入该涂层中,合金溶体过冷度遗传性高达236 K.而且,在涂层中于154 K过冷度下凝固后获得了块体快速凝固单晶.     

热型连铸工艺参数对铸锭表面质量的影响

热型连铸是一项近净成型（ｎｅａｒｎｅｔｓｈａｐｅ）技术,它将定向凝固技术和连铸技术相结合,用于生产表面呈镜面的无限长的线材．本研究利用自制的水平热型连铸设备,制备了表面呈镜面的纯铝线材,试验了各工艺参数（震动、坩埚内液面高度、铸型表面条件、铸型出口温度、连铸速度、冷却条件）对连铸线材表面质量的影响,分析后提出了优化工艺参数的范围．     

中频电磁场对连续铸造铝合金铸锭表面质量影响

研究了在冷坩埚式结晶器外施加中频电磁场对铝合金连续铸造铸锭表面质量的影响，通过测量结晶器内的磁场分布确定了铝合金电磁连铸的基本工艺参数．研究结果表明：采用在结晶器壁开缝的方法可以有效地提高结晶器内的磁感应强度．对本工艺，当开缝数在12—18的条件下，磁场分布基本均匀；施加中频电磁场可有效地消除偏析瘤，明显地改善连铸坯的表面质量．     

连铸坯中缩敏感系数研究

连铸坯内部中心缩松、缩孔是影响铸坯内部质量的主要缺陷之一．综合运用凝固理论、数值模拟、实验研究、数学推导等手段,提出了描述连铸坯中缩缺陷形成可能性大小的连铸坯中缩敏感系数,并以中缩敏感系数为桥梁,建立了工艺因素与中缩缺陷的关系．结果表明,二冷水是形成连铸坯中缩缺陷的主要因素;随着过热度的增加,连铸坯愈易形成中心缩孔、缩松缺陷;一冷水量对中缩敏感系数的影响较小．该判据用于连铸过程控制可得到较高质量连铸坯。     

旋转连铸结晶器内钢液流动特性

将质量守恒方程及NavierStokes方程应用于旋转连铸结晶器内钢液流动特性研究,探查了结晶器转速、水口注流流量、水口浸入深度对流场的影响·模拟计算结果表明,随着转速、水口注流流量、水口浸入深度的变化,回流区发生移动,流场分布受水口注流流量、转速的影响较大·     

神经元网络应用于圆坯连铸结晶器传热计算

以圆坯连铸结晶器温度实测数据为基础,研究应用神经元网络求解结晶器传热反问题的可行性,并尝试将神经元网络与数值计算结合用于结晶器传热计算,探索针对实测数据的结晶器传热在线计算方法.结果表明,数值计算结果与实测温度符合较好,可真实反映实际生产中圆坯结晶器传热的非均匀特性.     

连续铸造复合轧辊辊芯预热的数值模拟

建立了连续铸造复合轧辊辊芯预热的数学模型,并对辊芯预热温度的分布情况进行了数值模拟,分析了拉坯速度及陶瓷隔热管对辊芯预热温度分布的影响.结果表明,辊芯到达线圈下端面时,辊芯表面与中心具有最大的断面温差,离开线圈一定距离后,由于表面的散热作用,中心温度会超过表面温度;较大的拉坯速度不利于提高辊芯的预热质量;在拉坯速度较小的情况下,安装陶瓷隔热管将会对辊芯表面起到较好的保温作用,而在拉坯速度较大时,保温效果不明显.