离心铸造大型汽缸套凝固过程的数值模拟及实验研究

本文以离心铸造280型柴油机汽缸套为对象进行了数值模拟及实验研究。计算采用了全隐格式的直接差分法,用热焓法处理潜热;在边界处理中考虑了模套外表面的对流换热及铸件内表面的辐射换热。同时,设计制造了一套柔性传动的刷一环测温装置,获得了实测温度场。数值计算结果与实测温度场基本吻合。由计算结果和对铸件本体的解剖可见:离心铸造汽缸套的凝固过程主要取决于传热的综合效应,在不同部位表现出不同程度的双向凝固,不存在明显的同时凝固区域;缩孔产生于临界固相率曲线封闭位置深入断面中心的情况下;缩松产生于固相率梯度很小的场所,特别是遍布于固相率梯度为负值的区域。改变与传热有关的工艺条件可以改变缸套的凝固方式,有可能控制或避免缩孔、缩松缺陷。     

离心铸造梯度功能材料凝固过程的数值模拟

介绍对离心铸造梯度功能材料的成形过程中的温度场、浓度场的计算方法，实现凝固过程中温度和初生相浓度变化的数值模拟。     

钢/铁双金属复合材料的离心铸造工艺及界面控制

利用复合离心铸造工艺制备了碳钢／高铬铸铁双金属复合材料钻井泵缸套，确定了复合离心铸造的工艺参数，设计了阶梯升温的热处理工艺，并对内套材料的组织和性能进行了测试．研究表明：所设计的17CrMoCu高铬铸铁内套材料的耐磨性明显优于原工艺所用的18Cr高铬铸铁；选择合理的参数（铸型转速、金属液浇注温度、2种金属液浇注时间间隔）以及加入防氧化剂，可使碳钢与17CrMoCu达到牢固的冶金结合，且内、外套之间没有出现裂纹、气孔、夹杂等缺陷；采用阶梯升温的热处理工艺，可以避免双金属缸套在热处理时出现裂纹等缺陷．     

模具钢激光熔覆的温度场数值计算研究

使用有限元分析软件ANSYS对激光熔覆的表面温度场进行模拟与分析。使用参数化设计语言APDL实现对移动栽荷的加载及ANSYS生死单元方法模拟粉末逐步熔覆的过程。结果表明,激光熔覆是典型的急冷急热加工过程,热影响区成后拖的偏椭圆状图形且面积随时间进行逐渐增大,熔池中心温度随着激光功率的增加而升高,随激光扫描速度的增加而下降。但下降幅度不大。     

固液混合铸造的研究

采用作者自行发明的固液混合铸造技术制备了高硅铝合金和耐热铝合金。该工艺所制备的各种铝合金晶粒微细 ,合金力学性能明显优于传统铸造和半固态铸造合金 ,并且解决了高合金化铸件难以热加工的问题 ,使得很多新合金得以实际应用。固液混合铸造技术具有工艺简单、生产成本低廉、能成形复杂形状件和大件等优点 ,具有一定的工业应用前景     

离心铸造高铁铝合金的组织及性能

选择含铁量超标的高铁铝硅合金为原材料，采用离心铸造方法使合金凝固过程析出的富铁相集中沉积在铸件的外表面薄层，使其它部位的含铁量显著降低到标准范围以内。硬度测试和磨损实验表明：富铁相集中的表面薄层的耐热和耐磨性能均优于内部组织。     

离心铸造对白口铁组织与性能的影响

通过对比的方式,研究了以同一种合金由离心铸造与静力金属型铸造所生产的两种白口铁的组织与性能。研究发现,离心铸造白口铁的碳化物呈板块状,基体组织为等轴晶,且屈氏体进一步细化;离心铸造白口铁的韧性与硬度均高于静力金属型铸造白口铁,其中韧性有显著提高。     

离心铸造球墨铸铁管原铁液的优化处理

为了提高球墨铸铁管的质量,需要对原铁液进行优化处理:在铁水中加入适量的废钢,缩短孕育时间,防止孕育衰退,调整回炉料与高炉铁水的比例,并在球化包内加入聚渣剂来净化铁液去除渣(杂)质。     

离心压气机流场的数值分析研究

以某离心压气机叶轮为基础,通过反设计形成的几何模型,采用kω湍流模型计算流场的湍流效应,对微型的离心压气机流场进行了数值模拟。结果表明:采用大小叶片技术的叶轮在较宽的工作范围内有很好的性能,入口攻角增大以及叶尖间隙二次流与压气机叶轮流场的失速有直接的关系。     

挤压铸造颗粒增强金属基复合材料过程中液态金属浸渗和传热行为的分析

挤压铸造颗粒增强金属基复合材料（ＭＭＣｓ）过程中，挤压压力、熔体的预热温度、预制件的体积分数、颗粒的半径等都将对压力浸渗效果乃至最终复合材料的力学性能产生深刻的影响．分析了挤压铸造ＭＭＣｓ过程中液态金属浸渗和传热行为，推导出挤压铸造ＭＭＣｓ过程中，液态金属浸渗规定深度所需要的时间，随着无量纲压力Φ的增大，浸渗所需的时间τ＊缩短；但当Φ值很大时，Φ的升高使τ＊的减少不明显．建立了挤压铸造ＭＭＣｓ过程中液态金属浸渗区和未浸渗区的温度平衡方程，并求出了差分解．     

电渣重熔钢水离心浇铸用熔渣

有衬电渣炉炼制的钢水进行离心浇注的过程中，选定ＣａＯ─ＳｉＯ２─ＣａＦ２─Ｎａ２Ｏ─Ａｌ２Ｏ３─ＭｇＯ渣系，按给定渣系成分的熔渣进行带渣离心浇注试验．试验结果表明：新渣系未对浇注钢水产生任何污染，形成的渣皮非常均匀，厚度仅在１～２ｍｍ之间，有效地防止了表面裂纹和气孔的产生。     

金属基纤维增强复合材料浇铸过程的数值模拟

研究了如何应用数值方法模拟用金属液浸润纤维预测模来制造金属基复合材料的过程。采用有限元方法研究了渗流、热传导、应力、应变的演变过程、推导了相应的有限元方程,编制了轴对称情形下的计算程序。     

工艺因素对电渣感应连续定向凝固过程稳定性的影响

研究了工艺因素对电渣感应连续定向凝固过程稳定性的影响,结果指出固液界面位置是衡量其稳定性的一个重要指标,工艺因素通过它对稳定性产生影响,正锥度的结晶器 以及结晶器壁内的温度分布与温度梯度是下拉法连续定向凝固稳定进行的关键。     

电渣重熔与连铸轴承钢中的夹杂物

研究了电渣熔前后钢中氧及夹杂物的变化。结果表明，用电渣重熔工艺生产同承钢，虽然氧含量比连铸钢高，但其大颗粒夹杂物数量少，尺寸较小，分布均匀，因此疲劳寿命高。     

水平连铸灰铁矩形截面型材凝固过程数值模拟

以５０ｍｍ×９０ｍｍ水平连铸灰铁型材为对象利用直接差分法在反算结晶器内表面热流边界的条件下，并基于型材表面热流等于结晶器相应部位热流的基础上［１］，进行了同时计及轴向传热的三维凝固的数值模拟。将模拟结果与实际结晶前缘相比较，证明模拟结果与实际相吻合。     

复合管离心铸造工艺中的渗流传热过程

通过分析离心力场作用下铝熔液在Al2O3短纤维多孔介质内的渗流传热现象，考虑离心惯性力对渗流传热过程的影响，建立了多孔介质渗流传热模型，研究分析了复合管铸造工艺中离心渗透过程的流场和温度场瞬态变化规律，计算结果表明，在渗透区域，随时间的延长，渗透前沿不断推进，复合层温度逐渐上升，在未渗透的多孔预型区，固相颗粒温度基本不变，转速和孔隙率对渗流速度场的影响较大，对温度场的影响相对较小，进口处渗透速度很高，会形成急速的紊流状态，使复合材料内部形成气孔，研究结果对于离心铸造的工业设计及开发复合材料具有一定的指导作用。     

电磁离心铸造液态金属运动规律的数学模型

对电磁离心铸造新工艺的原理、液态金属的受力特点和运动规律进行了深入分析，建立了该工艺条件下液态金属运动规律的数学模型，得出了不同性质的异相质点在离心力和电磁力交互作用下运动方向的判据。     

垂直连铸凝固过程的数值模拟研究

采用基于Eulerian-Eulerian方法和合金凝固理论的液相-柱状晶-等轴晶三相凝固模型,对立式连铸工艺中结晶器内的凝固过程进行了研究.对比焓-多孔介质凝固模型,除热溶质浮升力导致的熔体流动,该三相凝固模型还考虑了柱状晶组织的生长、等轴晶组织的形成和演变以及游离等轴晶粒的沉浮,揭示了等轴晶沉降漂移作用对宏观溶质传输及凝固组织分布的影响.模拟结果显示铸坯中心处由等轴晶粒沉积形成的富等轴晶区存在溶质负偏析,紧邻该负偏析区域存在带状偏析区域.随着钢液过热度增加,等轴晶分布减少,中心处宏观偏析加重.     

3-D Finite-Element Numerical Simulation of Centrifugal Induction Electrosalg Casting Solidification Process

A 3-D finite-element numerical simulation model of temperature field for CIESC casting solidification process was developed with the aid of ANSYS software and a series of corresponding experiments were made. The results showed that the good agreement was obtained between the numerical simulation and the experiments. Based on the numerical simulation results, the characteristics of temperature distribution in the castings during CIESC solidification process were analyzed and summarized. According to the G/R1/2 method and numerical simulation results, there is no any shrinkage defect in the CIESC casting and structure or casting is fine and compact.