高应变率下SiCp/Al的断口形貌和变形机制

利用Hopkinson压杆对采用无压浸渗法制备的高体积分数SiCp/Al复合材料进行高应变率冲击压缩实验,研究了应变率对复合材料微观断口形貌的影响,分析了其在高应变率下的变形机制.结果表明：强度较高的复合材料有较强的产生变形局部化的倾向;同时,SiC颗粒尺寸对局部化的形成有明显影响,增强相颗粒尺寸较小（100μm）的复合材料更容易产生变形局部化,在高应变率压缩载荷下,无压浸渗高体积分数SiCp/Al复合材料在增强相颗粒破裂的同时会出现基体的局部化变形,复合材料的损伤行为与材料中的增强相颗粒尺寸密切相关.     

凝胶注模制备空心涡轮叶片陶瓷铸型的颗粒偏析控制

针对凝胶注模制备大尺寸空心涡轮叶片陶瓷铸型产生的颗粒偏析导致铸型均匀性降低、烧结产生变形甚至开裂等问题,以铸型高度方向上的密度变化为评价指标,主要研究了颗粒级配、固相含量、球磨时间、振动等因素对于铸型颗粒偏析的影响,并利用样品粒度分布和微观结构进行佐证。结果表明:当颗粒级配为40μm/5μm、固相体积分数为60%、浆料球磨时间为60min、充型时施加振动频率为60Hz、幅值为3mm时,陶瓷铸型密度梯度最小。成功制备了高度为150mm、上下密度梯度仅为0.89%(密度差异值为0.018g/cm3)的均匀陶瓷铸型,完全满足大尺寸空心涡轮叶片陶瓷铸型的均匀性要求。     

Al-Bi过偏晶合金液-液相分离模拟与分析

采用Eulerian法建立过偏晶Al-Bi合金难混溶区凝固过程的数学模型,对过偏晶合金液-液相分解及分离的运动行为进行数值模拟研究,分析两相温度场、运动速度、浓度分布等物性参数对合金凝固显微组织演化的影响.结果表明:先形核的局部区域的过冷度是影响局部大尺寸液滴产生的重要原因;无重力条件下,Marangoni力驱动第二相小液滴向铸件中心区域迁移,导致偏晶合金不能均匀分布;浓度场的不均匀分布是产生宏观偏析的前提,定向运动最终导致两相的宏观分离.     

高体积分数SiCp/Al复合材料杯形件高温反挤压成形

将无压浸渗制备出的高体积分数SiCp/Al复合材料,通过高温反挤压方式成形杯形件.研究了在高温反挤压过程中复合材料的流变规律,利用扫描电镜(SEM)观察分析了高温反挤压参数对杯形件组织的影响.结果表明:在基体熔点以上,高体积分数SiCp/Al复合材料呈黏流体状态,颗粒与基体形成固-液混合体;高体积分数SiCp/Al复合材料高温反挤压变形后,基体仍保持连续,SiC颗粒在压力作用下发生转动、重排,部分颗粒破碎,颗粒分布均匀性较好;当变形温度较低、挤压速度较大时,颗粒易破碎,SiCp/Al复合材料杯形件内部颗粒尺寸不均匀,杯形件内角处颗粒尺寸较小;当变形温度较高、挤压速度较小时,杯形件内部颗粒尺寸均匀.     

Al-Li合金中δ′(Al_3Li)颗粒尺寸对位错运动的影响

测定了 Al- Li合金不同条件下δ′(Al3Li)相的颗粒半径和体积分数 ,研究了δ′颗粒尺寸及体积分数对位错运动方式的作用。结果表明 ,如果δ′颗粒的平均尺寸小于临界尺寸 ,δ′颗粒被位错切割 ,反之 ,则形成奥罗万 (Orowan)位错环 ;当相同柏氏矢量的成对位错切割δ′颗粒时 ,会消除先行位错形成的反相畴界 ,当不同柏氏矢量的成对位错切割δ′颗粒时 ,需要增大外力 ,这使得合金的强度得到进一步提高     

加压循环流化床气固流动特性实验研究Ⅰ:颗粒体积分数分布特性

针对加压煤气化和化学链燃烧的发展需求,建立了一种加压循环流化床的冷态实验装置,研究了不同操作压力(0.1～0.5 MPa)下,平均粒径为137μm、密度为2 490 kg/m3的Geldart B类颗粒在提升管内的压降和表观颗粒体积分数分布特性.实验结果表明,上升管压降随固气质量比的增大而线性增加,增加的速率随操作压力的增加而增加,且基本不受操作气速和固体通量的影响.加压条件下,表观颗粒体积分数呈上小下大的分布,且随固体通量的增加而增加,随标态表观气速的增加而减小.在固体通量和操作气速一定的情况下,增加操作压力可以显著提高上升管内表观颗粒体积分数,并使其轴向分布更加均匀.     

基于三维离散元法的无钟高炉装料行为

利用三维离散元法建立了无钟高炉布料模型,分析了料罐、旋转溜槽中的颗粒流动行为以及颗粒离开溜槽后的下落轨迹和料堆形成,可视化再现了装料过程.结果发现:炉料在流动过程中始终存在粒度偏析,料罐排料流为漏斗流,小颗粒由于偏析而倾向于后期排出;溜槽倾角对颗粒流动行为和料堆形成影响较大;溜槽内颗粒流由于溜槽旋转而向侧上部偏离和翻动,小颗粒因靠近壁面而位于料流内侧,大颗粒因聚集在溜槽上部而处在料流外侧,炉料颗粒偏析、偏转翻动和速度分布影响下落轨迹;在炉料下落到料面的堆积过程中,大颗粒易于向炉喉中心和边缘偏析,小颗粒因位于料流内侧和渗透作用而分布在堆尖下方且偏向中心侧.结合激光网格炉内测量技术料流轨迹测量结果,验证了模型的适用性.     

定常均匀流中颗粒均匀分布的稳定性

在双流体模型的框架下,对定常均匀流中颗粒均匀分布的稳定性进行了分析。给出了颗粒均匀分布的稳定性条件。研究了影响颗粒均匀分布状态稳定性的主控参数及颗粒均匀分布稳定的参数范围。讨论了颗粒碰撞恢复系数、颗粒初始体积分数对颗粒聚集的影响。发现随着颗粒Re的增加,系统将会由稳定状态转变为不稳定状态。在初始的颗粒体积分数小于0.015的情况下,系统对短波扰动是稳定的,对长波扰动是不稳定的。在颗粒初始体积分数高于0.015时,系统对短波扰动是不稳定的,对长波扰动则是稳定的。颗粒碰撞弹性恢复系数越小、颗粒初始体积分数越大,颗粒聚集现象越明显,只有在颗粒浓度小于0.0005的情况下,颗粒才不会出现聚集现象。     

Al—Li合金中δ′（Al3Li）颗粒尺寸对位错运动的影响

测定了Al-Li合金不同条件下δ′（Al3Li）相的颗粒半径和体积分数，研究了δ′颗粒尺寸及体积分数对位错运动方式的作用。结果表明，如果δ′颗粒的平均尺寸小于临界尺寸，δ′颗粒被位错切割，反之，则形成奥罗万（Orowan）位错环；当相同伯氏矢量的成对位错切割δ′颗粒时，会消除先行位错形成的反相畴界，当不同柏氏矢量的成本对位错切割δ′颗粒时，需要增大外力，这使得合金的强度得到进一步提高。     

定向凝固通道偏析的数值模拟

为了研究二元组分铸锭中通道偏析的形成和发展,建立了双扩散作用下糊状区液相流动与溶质分布的数学模型,并对铸锭定向凝固过程中的通道偏析进行了数值模拟。运用SIMPLE算法编制了求解数学模型的程序,对模型中的质量、动量、能量和溶质等守恒方程联立求解。通过对NH4Cl-H2O铸锭底面冷却、凝固过程进行模拟研究,得到了定向凝固过程中的温度场、流场、溶质场。铸锭底面冷却时,富含溶质的枝晶间液相的流动可形成垂直向上生长的偏析通道,一些偏析通道由于相连通道的优先生长导致溶质贫化而被掩埋。通道的形成与溶质质量分数C0有很大关系,C0越高,越容易形成通道。C0较低的铸锭,只有在溶质富集到一定程度后才会产生通道。     

Macrosegregation and the underlying mechanism in Ti-6.5Al-1.0Cr-0.5Fe-6.0Mo-3.0Sn-4.0Zr alloy

A novel method for the analysis of composition distribution of titanium alloys over a large area(64 mm × 72 mm) was investigated by exploring the original position statistic distribution based on spark spectrum(OPA-SS) in Ti-6.5 Al-1.0 Cr-0.5 Fe-6.0 Mo-3.0-Sn-4.0 Zr titanium alloy. The results showed that OPA-SS could characterize the distribution of elements in different positions on the titanium alloy. The macrosegregation of Sn was the most pronounced, with a statistic segregation degree higher than 18%; the macrosegregation of Mo followed with a statistic segregation degree of 10%; the macrosegregation of Al and Fe was relatively milder,lower than 8%. The main reason for the macrosegregation state of the as-cast Ti-6.5 Al-1.0 Cr-0.5 Fe-6.0 Mo-3.0 Sn-4.0 Zr alloy can be the solute redistribution during liquid solidification and the diffusion rate of each element in the solid phase.     

The liquid phase separation of Bi-Ga hypermonotectic alloy under acoustic levitation condition

Containerless treatment of Bi-58.5at%Ga hypermonotecUc alloy is successfully performed with acoustic levitation technique. Under acoustic levitation condition, the second phase （Ga） distributes almost homogeneously in solidification sample, opposite to macrosegregation in solidification sample under conventional condition. Stokes motion of the second liquid droplet （Ga） is significantly restrained under acoustic levitation condition. The analyses indicate that the melt vibration in the gravity direction forced by acoustic field can induce steady flow around the second liquid droplet, which influences droplet shape during its moving upward and consequently restrains Stokes motion velocity of the second liquid droplet.     

二元合金凝固过程宏观偏析的数值研究

采用凝固的混合流模型对Pb-Sn二元合金的凝固过程进行了数值研究，求解完全耦合的动量、能量和组分的输运方程，讨论了液相质量分数的求解方法，比较了不同的固相扩散模型对溶质宏观偏析的影响．数值计算结果和实验结果进行了比较分析，对模型改进做了进一步的探讨．     

Dynamic solidification of Sn-38.1% Pb eutectic alloy within ultrasonic field

The dynamic solidification of Sn-38.1% Pb eutectic alloy within an ultrasonic field is investigated at a frequency of 35 kHz.As the sample height H is reduced,the effect of ultrasound on macrosegregation becomes more prominent,and the volume fraction of spherical eutectic cells increases correspondingly.When H equals the wavelength λ in liquid alloy,the introduction of ultrasound enlarges the distribution region of the primary (Sn) phase,but reduces the domains of the Sn-Pb eutectic and primary (Pb) phases.Meanwhile,a "dendritic-equiaxed" structural transition occurs in the primary (Sn) phase,and its grain size is significantly reduced within the ultrasonic field.Once H decreases to λ/2 and λ/4,the ultrasonic field promotes crystal nucleation and suppresses further undercooling of the bulk liquid alloy.Theoretical analyses indicate that the local high pressure induced by the cavitation effect and the stirring effect due to acoustic streaming are the main factors dominating the eutectic growth mechanism during dynamic solidification.     

高碳钢连铸坯凝固过程溶质宏观偏析的数值模型

采用FeC二元合金的紊流、凝固传热及溶质传输三维耦合模型,针对铸坯不同碳质量分数对凝固过程溶质分布的影响进行数值模拟,凝固过程以柱状晶生长方式进行,遵循局部热力学平衡·研究发现,与低碳钢相比,高碳钢的凝固坯壳较薄,等温曲线较为光滑,糊状区范围较大·碳质量分数较高的钢种,偏析较轻;而低碳钢,偏析较为严重     

连铸坯截面尺寸对流动、凝固及溶质分布的影响

采用方坯连铸过程三维紊流、凝固传热及溶质传输的耦合模型,在其他模拟条件相同的情况下,研究铸坯截面尺寸对连铸过程的影响·结果表明,截面尺寸大者,入流速度大,更深浸入铸坯内部,带动较多钢液随之流动,在结晶器上部的紊流程度较高·对于FeC二元合金,由温度和溶质浓度共同决定了凝固坯壳的分布·小截面尺寸铸坯,溶质在各截面上偏析更为严重·其凝固坯壳也较薄,为防止拉漏,应采用长结晶器     

Phase separation and microstructural characteristics of undercooled Cu-Pb immiscible alloy

Bulk samples of Cu-80%Pb hypermonotectic alloy were undercooled by up to 270 K (0.21 TL) with glass fluxing technique. The undercooling behavior and the final microstructure were investigated experimentally. It was found that the macrosegregation decreased with the increase of undercooling exponentially. When undercooling reached 270 K, the volume fraction of macrosegregation was reduced by one order of magnitude. Meanwhile, high undercooling brought about significant changes to the microstructural morphology of S(Cu) phase. At small undercoolings, S(Cu) phase grew in dendritic manner. As undercooling increased, S(Cu) dendrite transformed gradually to spherical shell. This morphology transition was ascribed to the concurrent action of the phase separation within miscibility gap and the subsequent solidification process of L2 (Pb) matrix. As an essential step to model the final microstructure, theoretical calculations related to the nucleation of L1 (Cu) droplets were carried out.     

颗粒堆积床内两相流动阻力及相间摩擦力

为了探究颗粒堆积多孔介质通道内两相流动阻力特性,使用不同尺寸的球形颗粒构建实验床,在碎片床冷却性实验装置(DEBECO)上进行了气-水两相流动实验.基于实验数据,对比验证了多孔介质内两相流动阻力压降预测模型,重点分析了颗粒床内气液两相相间摩擦力对阻力压降的影响.结果表明:对小尺寸(如d=1.5mm)颗粒堆积床,气液两相相间摩擦力对其两相流动阻力压降影响微弱,两相流动阻力压降随气速增大呈逐渐上升的趋势;对大尺寸(如d=6mm)颗粒堆积床,在低速下气液两相相间摩擦力对阻力压降影响显著,随气速增大,其阻力压降出现先下降后上升的趋势.