GTA焊接熔池特性的数值模拟

以GTA焊接熔池为研究对象,建立了304不锈钢材料的移动GTA焊接过程的数学模型,模型中考虑了电磁力、浮力和表面张力.利用大型通用商业软件Phoenics3.4进行数值模拟.通过引入液相分数标量描述界面熔融区,能量方程中将潜热转换为热焓源项,而动量方程则引入Darcy源项,由此建立统一的液固相控制方程,实现在固定网格下求解具有移动界面的熔化和凝固过程.应用该模型计算了不锈钢GTA焊接过程中的熔池形状、工件的温度场和熔池的流场,熔池形状计算结果与实际焊接结果吻合.     

42CrMo钢泵筒内壁激光相变硬化组织模拟

采用有限元软件SYSWELD建立三维模型,考虑相变潜热及材料热物理性能随温度的变化,将温度场和相变模型进行耦合,对泵筒内壁激光相变硬化组织转变过程及硬度分布进行数值模拟。结果表明:激光相变硬化是一个快速加热和冷却的过程;在加热过程中激光照射区域组织转变为奥氏体,而在冷却过程中奥氏体发生马氏体转变;激光相变硬化处理后,完全淬火区主要以马氏体为主,其最大体积分数可达90%左右。相变区硬度提高约2倍,最大可达540.6 HV0.2;相变区的组织及硬度模拟结果与试验结果吻合较好。     

固体表面激光加工熔池特性的数值分析

通过引入液相分数标量描述界面熔融区,能量方程中将潜热转换为热焓源项,而动量方程则引入‘Darcy‘源项,由此建立统一的液和固相控制方程,实现在固定网格下求解具有移动界面的熔化和凝固过程.应用该模型详细分析不锈钢表面激光加工过程热传导、Marangoni和热浮力三种换热机制对熔化过程和熔池形状的影响.     

热轧带钢冷却过程奥氏体相变与温度耦合模型

为精确模拟奥氏体相变行为,建立一种新的预测模型,该模型通过考虑潜热影响的板带轧后二维温度场将相变体积分数和温度联系起来进行耦合计算.冷却过程释放的潜热通过双亚点阵模型进行计算,计算结果通过在热分析仪STA449C上进行DSC实验验证.在相同的变形条件下,热模拟实验在Gleeble-3800热力模拟试验机上进行.相变与温度耦合模型的计算结果与连续冷却相变体积分数模型的计算结果相比更接近实测结果.研究结果表明:随着碳含量的增大,潜热释放量也明显的增大,当碳含量(质量分数)高于0.45%时,潜热释放量也趋于稳定;通过对计算结果和实测数据系统的比较,证明相变与温度耦合模型的优越性和精确性,耦合模型与现有模型相比,铁素体、珠光体和贝氏体的计算结果精确度最高分别提高24.77%,21.07%和31.85%.     

固体表面激光加工熔池特性的数值分析

通过引入液相分数标量描述界面熔融区,能量方程中将潜热转换为热焓源项,而动量方程则引入‘Darcy’源项,由此建立统一的液和固相控制方程,实现在固定网格下求解具有移动界面的熔化和凝固过程．应用该模型详细分析不锈钢表面激光加工过程热传导、Marangoni和热浮力三种换热机制对熔化过程和熔池形状的影响．     

铁磁形状记忆合金NiMnGa相界面运动的能量和热滞后

基于热力学理论,结合实验测量数据,计算了相变温度分别在室温以下、室温附近、室温以上3种情况下铁磁形状记忆合金NiMnGa单晶马氏体相变过程中的相关能量,并进行了分析．结果进一步表明：相变循环曲线分支的斜率取决于弹性应变能,而相变热滞后起源于相界面摩擦．     

Cu-Zn-Al合金中热弹性、非热弹性马氏体转变

通过高温金相观察,电阻-温度曲线和相变塑性曲线的测定,证实:Cu-Zn-Al记忆合金由于淬火条件的不同,会出现两种不同的马氏体,热弹性马氏体和非热弹性马氏体。停放过程热弹性马氏体的稳定化,与B_2→DO_3转变受抑制,热弹性马氏体与母相的共格关系受破坏有关。     

直线导轨渐进感应淬火过程多物理场耦合分析

基于ANSYS软件构建了直线导轨渐进感应淬火过程的三维有限元模型,并对感应淬火过程进行了"电-磁-热-机"及相变过程的多物理场耦合分析.通过自主开发的用户子程序,基于非等温JMA方程计算导轨表面在感应加热过程中生成的奥氏体体积分数;基于K-M模型计算冷却过程中生成的马氏体体积分数;基于相变初应变模型计算感应淬火过程中由...     

常压高速气雾喷射淬火表面换热系数

针对淬火过程中试件与淬火介质间的表面换热系数难于测量的问题,采用反传热求解方法,根据实验测定的试件表面的冷却曲线,通过非线性估计法和有限差分法计算表面换热系数随试件温度的变化规律。计算结果表明:氮气-雾化水混合物的冷却能力与水淬或油淬差不多。在氮气-雾化水混合物喷射淬火过程中,开始时的表面换热系数趋于平稳,在Ms点(170℃)附近,表面换热系数明显增加。马氏体相变过程中,相变潜热用于增加相变驱动力,从而克服相变阻力,完成马氏体相变。     

马氏体相变塑性及其在淬火数值模拟中的应用

相变塑性是淬火过程中伴随着马氏体相变所发生的一种特殊变形现象。从Greenwood-Johnson公式出发，通过实验测试出该公式中的常数K，发现K不仅与应力有关，而且和马氏体转变量的大小也有一定关系。同时，提出了一种新的计算相变塑性的方法。将该公式应用到淬火的数值模拟中，对比计算结果和实验测试结果表明，淬火模拟的数字模型中考虑相变塑性比不考虑相变塑性更符合实际情况。     

形变过程中TRIP效应的相变热动态研究

采用拉伸与测温试验同时进行的方法,将应力应变曲线与热能曲线相结合,动态研究热轧TRIP钢拉伸过程中的相变热.研究表明:热轧TRIP钢在拉伸过程中材料增加的热能由部分转变的塑性功和马氏体相变热组成,因此,拉伸过程中实际测得的试样热能高于由塑性功转变的热能.利用平均综合热能损失系数对低速拉伸的TRIP钢的热能进行补充,通过计算与推导,证实了试样在刚进入塑性变形时,一定数量的较不稳定残余奥氏体首先集中发生马氏体相变,随着应变的进一步加大,剩余的较稳定的残余奥氏体根据其稳定情况发生马氏体相变的数量逐渐减少,在试样均匀延伸结束前绝大部分残余奥氏体已转变为马氏体.结合相变热变化可动态描述热轧TRIP钢形变过程中马氏体相变的情况.     

马氏体相变中的孤立子

在马氏体相变过程中引入孤立子模型,进一步揭示马氏体相变过程的物理本质。通过将马氏体和母相之间的相界面看作为一个拓扑型的孤立波,借助Ｐｅｙｒａｒｄ的一维一性原子链孤立子模型,从相界面运动的Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ量出发,导出马氏体相界面运动的孤立子方程,求解该方程的孤立解,获得马氏体相界面能量与界面运动速度之间的关系,以及界面宽度随相变速率的变化规律。结果显示,随着界面运动速率的提高,马氏体和母相之间     

材料的相变研究及其应用

Fe-C和Fe-X-C合金马氏体相变热力学的研究成果使结构钢的Ms温度能以热力学预测。建立了铜基合金及Fe-Mn-Si基合金马氏体相变热力学,为铜基和铁基形状记忆合金的成分和工艺设计提供基础。提出了含ZrO2陶瓷Ms温度的热力学计算方法,以及其母相晶粒大小影响Ms的正确表达式,对陶瓷的生产和工业应用都具有意义。修正马氏体变温相变动力学方程,显示低碳钢中影响碳扩散系数的合金元素影响残余奥氏体量,这有利于低碳马氏体组织钢的开发。GCr15轴承钢中残余奥氏体→马氏体的等温动力学研究显示：钢经淬火后,再进行等温处理以形成很少量的等温马氏体,再作回火,提高钢件的尺寸稳定性（经1000d后与淬火-回火比较,在接触疲劳寿命并不降低的条件下（达34%。研究了Ni-Ti、Cu-Zn-Al、Fe-Mn-Si基合金及ZrO2陶瓷的马氏体相变及其逆相变特征,揭示了影响这些材料形状记忆效应（SME）的一些因素,并指出了改善SME的途径,有利于这些材料的开发应用。贝氏体相变的热力学研究,观察到生长台阶,母相强化对相变影响的研究以及内耗测量结果,均显示贝氏体相变属扩散型机制。Cu-Zn-Al中加入阻碍Zn和Al扩散的合金元素可能提高形状记忆使用寿命。揭示CeO2-ZrO2中存在贝氏体相变,并与其出现脆性有关。Cu-Zn中β相有序化研究对有序化合金的应用具有实际意义。三元合金spinodal分解判据的建立,对借spinodal分解呈现高阻尼或高强度合金的开发颇具价值。由群论导出呈现晶体学可逆性的条件为形成单变体马氏体。应用孤立子于相变的形核-长大模型初见成效。     

淬火工艺对铬结构钢显微组织和力学性能的影响

研究了淬火工艺对低和中碳铬钢的显微组织、冲击韧性和断裂机制的影响．结果表明，提高淬火温度，使中碳钢所获得的、带方向性的纤维状马氏体和呈等边三角形出现的马氏体都是孪晶型的片状马氏体．低碳淬火钢中有相当数量的板条马氏体中也都带有孪晶．并证实，具有细小奥氏体晶粒的细片马氏体或隐针马氏体的冲击韧性值高于粗大的低碳板条马氏体．因此，无论是低碳，还是中碳和高碳钢，当奥氏体晶粒长大倾向稍大时，采取提高加热温度进行淬火的工艺是不可取的     

Landau theory of martensitic transformation in Fe-Mn-Si based alloys

Considering the features of martensitic transformation in Fe-Mn-Si based alloys, the Landau theory is established by introducing the density of stacking faults as a new order parameter ηand the corresponding free energy function. By using such an order parameter, the stacking fault mechanism of the nucleation and growth for the γ(fcc)→ε(hcp) martensitic transformation can be reasonably explained, and a further detailed mechanism is proposed. The stacking faults are generated and overlapped in an irregular form at the beginning and then becoming regular to create some transition structures till a stable phase forms at a certain temperature. The importance of the interface soliton is to complete the transformations into various structures of martensite but not the twinned one. The thermodynamics of fcc→hcp transformation and those between different transition structures are described by the free energy function established in the present note.     

中锰钢两相区退火奥氏体逆转变的数值分析

根据中锰钢热轧组织结构确立两相区奥氏体化的几何模型和初始条件,利用DICTRA动力学分析软件对中锰钢马氏体基体奥氏体化过程进行计算分析。在奥氏体化初期的形核过程中,马氏体中过饱和的碳锰元素从铁素体迅速转移到奥氏体并在相界面奥氏体一侧聚集。后续的相变过程中,碳在奥氏体中快速均化,但锰在相界面奥氏体一侧的聚集加剧。相变初期奥氏体界面推移速度比中后期高出若干个数量级,但随时间推移迅速衰减。相变初期相界面推移是碳扩散主导,相变后期界面推移受到锰在奥氏体中扩散速度制约。温度升高可显著提高相界面推移速度。达到相同数量奥氏体的情况下,低温长时退火有利于锰从铁素体向奥氏体转移并提高其在奥氏体中的富集度,从而提高奥氏体的稳定性。     

Element distribution and diffusion behavior in Q&P steel during partitioning

Carbon, manganese, and silicon distribution in quenching and partitioning （Q＆P） steel during partitioning process was investigated to reveal the diffusion behavior. The microstructure and chemical composition were analyzed by means of scanning electron microscopy （SEM）, transmission electron microscopy （TEM）, and three-dimensional atom probe. It is shown that the studied Q＆P steel consisted of martensite laths and thin, film-like retained austenite showing extraordinary phase transformation stability. Carbon atoms mostly diffused to the retained austenite from martensite at a higher partitioning temperature. In the experimental steel partitioned at 400℃ for 10-60 s, carbides or cementite formed through carbon segregation along martensite boundaries or within the martensite matrix. As a result of carbon atom diffusion from martensite to austenite, the carbon content in martensite could be ignored. When the partitioning process completed, the constrained carbon equilibrium （CCE） could be simplified. Results calculated by the simplified CCE model were similar to those of CCE, and the difference between the two optimum quenching temperatures, where the maximum volume fraction of the retained austenite can be obtained by the Q＆P process, was little.     

低碳马氏体钢的细晶强化机理及其力学性能

对不同热处理条件下获得的低碳马氏体钢的微观组织及力学性能进行了系统的研究.实验结果表明,盐浴淬火热处理可以实现样品的快速、均匀加热,与常规的热处理条件相比,由于加热速度快、保温时间短,在材料完全奥氏体化初期或接近完全奥氏体化情况下,奥氏体晶粒还未长大,通过淬火得到较为细小的马氏体组织,可以获得力学性能优良的马氏体钢.通过优化的热处理参数可以将材料的抗拉强度和延伸率均提高10%以上.其中盐浴淬火在930℃×20s工艺下,抗拉强度达到1488GPa,延伸率为76%.     

石油钻杆焊缝气雾淬火过程温度场的数值计算

石油钻杆的接头与杆体摩擦焊接后要进行淬火热处理,多采用气雾为冷却介质提高焊缝区的冲击韧性,根据钻杆焊缝局部气雾淬火的特点,选取合理的数学模型,用有限元方法计算了淬火过程中温度场的变化规格,计算中对相变焓进行了等效热容法处理,在生产现场对钻杆焊缝进行喷雾淬火,处理的结果符合实际生产需要。