【摘要】：銅合金作為一類重要有色金屬材料,在國防和電力等工業(yè)中被廣泛地應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的不斷進步,對銅合金潔凈度的要求日益提高。泡沫陶瓷過濾技術(shù)被公認(rèn)為是去除合金熔體中非金屬夾雜物的有效方法。為了濾除更加細(xì)小的夾雜物而采用小孔徑、大厚度的泡沫陶瓷過濾器時,由于過濾阻力增大影響了過濾速度,甚至難以完成過濾過程。合金熔體泡沫陶瓷離心過濾技術(shù)是一種新的過濾凈化方法,它借助離心力使合金熔體通過孔徑更小、厚度更大的泡沫陶瓷過濾器,從而提高過濾效率和過濾速度。本文以銅合金熔體泡沫陶瓷離心過濾工藝為研究對象,采用實驗及數(shù)值模擬方法進行研究。實驗研究了過濾溫度、離心轉(zhuǎn)速、泡沫陶瓷孔徑和泡沫陶瓷厚度等過濾工藝參數(shù)對過濾效果的影響;通過SEM技術(shù)獲取泡沫陶瓷幾何結(jié)構(gòu)參數(shù),采用WeairePhelan泡沫模型構(gòu)建了接近實際泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)的三維模型,利用數(shù)值模擬方法研究了銅合金熔體在不同過濾工藝參數(shù)條件下,過濾阻力和過濾效率變化規(guī)律。通過實驗研究和數(shù)值模擬,得到如下主要結(jié)論:(1)過濾實驗和數(shù)值模擬結(jié)果表明,泡沫陶瓷離心過濾與重力過濾相比,離心過濾借助于離心力,可采用孔徑更小、厚度更大的泡沫陶瓷過濾器對合金熔體進行過濾,有利于提高銅合金潔凈度和過濾速度,提高銅合金的力學(xué)性能。(2)數(shù)值模擬結(jié)果表明,泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)參數(shù)是影響過濾效率和過濾阻力的主要因素。各因素對過濾效率的影響強弱順序是:泡沫陶瓷孔徑泡沫陶瓷厚度離心轉(zhuǎn)速過濾溫度;影響過濾阻力強弱順序是:泡沫陶瓷孔徑泡沫陶瓷厚度。提高離心轉(zhuǎn)速有利于克服流動阻力,提高過濾溫度有利于克服熱阻。(3)Weaire-Phelan模型是公認(rèn)的最具代表性的泡沫幾何結(jié)構(gòu)模型之一。構(gòu)建以Weaire-Phelan模型為基本骨架的泡沫陶瓷三維幾何模型,關(guān)鍵是準(zhǔn)確獲取泡沫陶瓷的結(jié)構(gòu)參數(shù)和Plateau邊界處理。(4)數(shù)值模擬結(jié)果和過濾實驗規(guī)律基本吻合,兩者之間出現(xiàn)較小偏差的原因是,在進行數(shù)值模擬過程中沒有考慮合金熔體、夾雜物和泡沫陶瓷三者之間的界面行為和熔體對已捕捉夾雜物的沖刷作用。數(shù)值模擬結(jié)果對優(yōu)化銅合金熔體泡沫陶瓷離心過濾工藝具有一定指導(dǎo)意義。
[Abstract]:As a kind of important nonferrous metals, copper alloy is widely used in national defense and power industry. With the continuous progress of science and technology and industrial production, copper alloy cleanliness is increasingly required. Foam ceramic filtration technology is recognized as an effective method for removing non-metallic inclusions in alloy melts. When the foam ceramic filter with small pore diameter and large thickness is used to filter the smaller inclusions, the filtration speed is affected by the increase of the filtration resistance, and the filtration process is even difficult to complete. The centrifugal filtration technology of alloy melt foam ceramics is a new method of filtration and purification. It makes alloy melt pass through foam ceramic filter with smaller pore diameter and thicker thickness with the aid of centrifugal force, thus increasing the filtration efficiency and filtering speed. In this paper, the centrifugal filtration process of copper alloy melt foam ceramics was studied by means of experiment and numerical simulation. The effects of filtration process parameters such as filtration temperature, centrifugal speed, pore diameter and thickness of foam ceramics on the filtration effect were studied experimentally, and the geometric structure parameters of foam ceramics were obtained by SEM technology. WeairePhelan foam model was used to construct a three-dimensional model of ceramic foam structure. The variation of filtration resistance and filtration efficiency of copper alloy melt under different filtration parameters was studied by numerical simulation. Through experimental research and numerical simulation, the main conclusions are as follows: (1) the results of filtration experiment and numerical simulation show that, compared with gravity filtration, foam ceramic centrifugal filtration can adopt smaller pore size by means of centrifugal force. The foam ceramic filter with thicker thickness can improve the cleanliness and filtration speed of the alloy and improve the mechanical properties of the alloy. (2) the numerical simulation results show that, The structure parameters of foam ceramics are the main factors affecting filtration efficiency and filtration resistance. The influence of various factors on the filtration efficiency is in the order of the thickness of foam ceramic aperture foam ceramic thickness centrifugal speed filtration temperature and the order of influence of filtration resistance is: foam ceramic pore diameter foam ceramic thickness. Increasing the centrifugal speed is beneficial to overcome the flow resistance and increasing the filtration temperature to overcome the thermal resistance. (3) Weaire-Phelan model is recognized as one of the most representative foam geometry model. The key to construct a three-dimensional geometric model of foam ceramics based on Weaire-Phelan model is to accurately obtain the structural parameters of foam ceramics and the Plateau boundary treatment. (4) the results of numerical simulation are in good agreement with the laws of filtration experiments. The reason for the small deviation is that the interface behavior of alloy melt, inclusions and foam ceramics and the scour of the trapped inclusions are not taken into account in the numerical simulation. The numerical simulation results have certain guiding significance for optimizing the centrifugal filtration process of copper alloy melt foam ceramics.
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ028.53

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本文編號：2179674