金屬及合金凝固過程是金屬材料成型過程中的重要步驟,控制凝固過程和凝固組織對(duì)材料的后續(xù)加工過程以及最終的服役過程至關(guān)重要。凝固過程中形成的非金屬夾雜物、疏松、縮孔、宏觀偏析以及組織粗大等缺陷,一旦凝固完成就很難消除,甚至即使采用大變形量的塑性變形過程仍然無法消除,嚴(yán)重時(shí)將形成巨大的缺陷或安全隱患,或者導(dǎo)致部件的服役性能大幅度降低,因此如何有效控制凝固過程中的熱量、質(zhì)量和動(dòng)量傳輸過程,進(jìn)而控制凝固組織、溶質(zhì)分布,消除凝固缺陷,一直是凝固領(lǐng)域的關(guān)鍵研究目標(biāo)。在凝固過程中,由于熱量傳輸過程受多種因素的擾動(dòng),導(dǎo)致熔體溫度的不均勻,必將導(dǎo)致浮力流;枝晶或凝固界面推進(jìn)中,溶質(zhì)的排出或偏析也將引起熔體密度的變化,同樣形成浮力流;而溫度梯度引起的表面張力梯度也將引起Marangoni對(duì)流;施加超聲波、電磁場(chǎng)、機(jī)械攪拌等還將引起熔體的受迫流動(dòng)等等,這些流動(dòng)將進(jìn)一步影響熔體的溫度梯度、溶質(zhì)分布、界面生長過程,最終必將影響到鑄件的凝固質(zhì)量。因此,如何控制凝固過程中的流動(dòng)或者引入特定的受迫流動(dòng),來調(diào)控凝固過程,近年來受到凝固工作者的廣泛關(guān)注。在凝固過程中引入電磁場(chǎng),能對(duì)該過程中傳熱、傳質(zhì)和動(dòng)量傳輸?shù)姆绞胶退俣犬a(chǎn)... 

【文章來源】：上海大學(xué)上海市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：175 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 穩(wěn)恒磁場(chǎng)對(duì)定向凝固組織影響
        1.2.1 電磁制動(dòng)對(duì)凝固組織影響
        1.2.2 熱電磁效應(yīng)對(duì)凝固組織影響
    1.3 電流對(duì)定向凝固組織影響
        1.3.1 電流對(duì)凝固組織的影響機(jī)制
        1.3.2 電場(chǎng)作用于定向凝固過程
    1.4 電磁復(fù)合場(chǎng)對(duì)定向凝固組織的影響
        1.4.1 直流電流與穩(wěn)恒磁場(chǎng)復(fù)合
        1.4.2 交變/脈沖電流與穩(wěn)恒磁場(chǎng)復(fù)合
    1.5 本工作的目的、意義及研究內(nèi)容
第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與方法
    2.1 研究對(duì)象及實(shí)驗(yàn)設(shè)備
        2.1.1 研究對(duì)象
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
    2.2 實(shí)驗(yàn)過程
        2.2.1 合金熔配與試樣制備
        2.2.2 橫向穩(wěn)恒磁場(chǎng)下Cz法與Bridgman法定向凝固實(shí)驗(yàn)
        2.2.3 溫度梯度測(cè)定方法
        2.2.4 組織表征及性能檢測(cè)方法
第三章 電磁場(chǎng)誘導(dǎo)受迫流動(dòng)對(duì)二元合金定向凝固過程影響的數(shù)值模擬
    3.1 二元合金定向凝固過程數(shù)值模型的建立
        3.1.1 基本假設(shè)條件
        3.1.2 控制方程
        3.1.3 物性參數(shù)的選擇
        3.1.4 模型邊界條件和初始值
        3.1.5 計(jì)算域網(wǎng)格劃分以及時(shí)間步長選擇
        3.1.6 本文所使用的計(jì)算方法
        3.1.7 二元合金定向凝固過程模擬模型的建立
    3.2 內(nèi)生熱電流的測(cè)定與計(jì)算
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置
        3.2.2 內(nèi)生熱電流計(jì)算
    3.3 穩(wěn)恒磁場(chǎng)下定向凝固過程中熱電磁力/對(duì)流的模擬
        3.3.1 熱電磁力及熱電磁對(duì)流的公式推導(dǎo)
        3.3.2 熱電磁對(duì)流及其對(duì)溶質(zhì)分布影響的模擬
    3.4 小結(jié)
第四章 熱電磁對(duì)流對(duì)二元合金B(yǎng)ridgman法和CZ法定向凝固組織的影響
    4.1 熱電磁對(duì)流對(duì)Bridgman法定向凝固組織的影響
        4.1.1 金相組織
        4.1.2 枝晶間距
        4.1.3 成分分布
        4.1.4 溫度梯度
        4.1.5 機(jī)制解釋
        4.1.6 數(shù)值模擬驗(yàn)證
    4.2 熱電磁對(duì)流作用時(shí)間對(duì)Bridgman定向凝固組織的影響
        4.2.1 磁場(chǎng)作用不同時(shí)間
        4.2.2 不同抽拉速度
        4.2.3 數(shù)值模擬驗(yàn)證
    4.3 熱電磁對(duì)流對(duì)Cz法定向凝固的影響
        4.3.1 試樣外形
        4.3.2 微觀組織
        4.3.3 結(jié)果與討論
        4.3.4 結(jié)論
    4.4 小結(jié)
第五章 電磁場(chǎng)誘導(dǎo)單向?qū)α鲗?duì)二元合金定向凝固組織的影響
    5.1 直流電流引入帶來變量的可忽略性
        5.1.1 感生磁場(chǎng)
        5.1.2 焦耳熱
        5.1.3 直流電流對(duì)凝固組織影響
    5.2 外加電流與內(nèi)生熱電流的等效性
        5.2.1 金相組織
        5.2.2 成分分布
        5.2.3 機(jī)制解釋
        5.2.4 數(shù)值模擬驗(yàn)證
    5.3 不同受迫流動(dòng)量級(jí)對(duì)定向凝固組織影響
        5.3.1 金相組織
        5.3.2 枝晶間距
        5.3.3 成分分布
        5.3.4 數(shù)值模擬驗(yàn)證
    5.4 小結(jié)
第六章 電磁場(chǎng)誘導(dǎo)周期反向流動(dòng)對(duì)二元合金定向和半連鑄凝固組織的影響
    6.1 脈沖電流引入帶來變量的可忽略性
        6.1.1 感生磁場(chǎng)與電場(chǎng)的可忽略性
        6.1.2 焦耳熱
        6.1.3 集膚層厚度
        6.1.4 脈沖電流對(duì)凝固組織影響
    6.2 電磁振蕩作用下受迫流動(dòng)的解析解和數(shù)值模擬
        6.2.1 解析解
        6.2.2 數(shù)值模擬驗(yàn)證
    6.3 定向凝固實(shí)驗(yàn)
        6.3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        6.3.2 模擬結(jié)果
        6.3.3 分析與討論
    6.4 半連鑄實(shí)驗(yàn)
        6.4.1 實(shí)驗(yàn)方法
        6.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        6.4.3 模擬結(jié)果
        6.4.4 分析與討論
    6.5 小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
本論文創(chuàng)新點(diǎn)
參考文獻(xiàn)
作者在攻讀博士學(xué)位期間公開發(fā)表的論文
作者在攻讀博士學(xué)位期間申請(qǐng)的專利
作者在攻讀博士學(xué)位期間骨干參與的科研項(xiàng)目
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Direct Observation of Thermoelectric Magnetic Convection in Unidirectionally Solidified Al-Cu Alloys[J]. Hideyuki Yasuda,Keisuke Inoue,Yudai Minami,Tomoya Nagira,Masato Yoshiya,Kentaro Uesugi,Keiji Umetani.  Journal of Iron and Steel Research(International). 2012(S1)
[2]Numerical Simulation of Directional Solidification of a Nickel-Based Superalloy With Applied Direct Current[J]. FENG Xiao-hui,YANG Yuan-sheng.  Journal of Iron and Steel Research(International). 2012(S1)
[3]電場(chǎng)調(diào)控下合金凝固過程枝晶形貌演變同步輻射原位成像[J]. 王同敏,朱晶,陳宗寧,許菁菁,謝紅蘭,肖體喬,李廷舉.  中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2011(01)
[4]直流電場(chǎng)對(duì)A1-10%Si亞共晶合金凝固組織的影響[J]. 黃立國,高志玉,張志明.  鑄造技術(shù). 2009(05)
[5]高密度脈沖電流對(duì)純鋁凝固晶粒組織及其過冷度的影響[J]. 劉華澤,趙志龍,馬連輝,王保建.  鑄造技術(shù). 2008(10)
[6]脈沖電流對(duì)Al-4.5Cu合金定向凝固組織的影響[J]. 陳文杰,廖希亮,甘長紅,方燕,翟啟杰.  特種鑄造及有色合金. 2006(08)
[7]液態(tài)下施加直流電對(duì)工業(yè)純鋁凝固組織的影響[J]. 崔衡,蒼大強(qiáng),李玲珍,宗燕兵,陳琳,章俊.  鑄造技術(shù). 2006(07)
[8]電場(chǎng)作用下AZ31鎂合金的組織與織構(gòu)的演變[J]. 曲家惠,吳靜婷,李四軍,王福,左良.  輕合金加工技術(shù). 2006(02)
[9]直流電場(chǎng)對(duì)Al-4.5%Cu合金定向凝固組織的影響[J]. 徐前剛,武保林,萬剛,趙玉華,王洪順.  航空材料學(xué)報(bào). 2006(01)
[10]電磁振蕩法半連鑄7075合金的微觀組織及溶質(zhì)元素分布[J]. 張勤,崔建忠,路貴民,班春燕.  中國有色金屬學(xué)報(bào). 2003(05)



本文編號(hào)：2922530