送粉激光熔覆温度场数值分析

在ANSYS平台上,建立了瞬态三维送粉激光熔覆熔池温度场的物理模型,对在特种钢材34CrNiMo为基材上进行Ni基粉末激光熔覆的过程进行了数值模拟.使用生死单元法来模拟熔覆粉末在熔池形成前后与熔池的交互作用,计算出了激光熔覆熔池的自由表面形状、熔池温度场.计算所得熔池截面形状与试验熔池截面形状基本吻合,证明所建立的瞬态三维激光熔覆熔池温度场的物理模型是正确合理的.     

原位自生陶瓷颗粒增强激光熔覆层微观组织结构及TiC晶体形貌生长机制

采用激光熔覆工艺在45碳钢表面用自配Ni60+(B_4C+Ti)粉末体系制备了陶瓷颗粒含量不同的激光熔覆层,用XRD、SEM、EDS、TEM及显微硬度计等分析手段,详细研究了熔覆层的微观组织结构,分析研究了熔覆层中原位自生TiC颗粒形貌及生长机制.激光熔覆层中不仅形成设计的原位自生TiC、TiB2颗粒,还形成CrFeB、Cr_7C_3等相.其中颗粒状TiC颗粒较均匀的分布在熔覆层中,有时会呈"串点"分布,熔体中生长充分时形成枝晶状,根据晶体生长理论分析并提出了TiC枝晶的生长模型.     

贝氏体辙叉钢的激光熔覆研究

在辙叉用贝氏体钢表面进行激光熔覆镍基合金粉末(Ni625).结果表明,Ni625激光熔覆层的微观组织主要为树枝晶;Ni625熔覆层中主要为γ-(Fe, Ni)固溶体,以及增强相FeNi_3和(Cr, Fe)_7C_3;固溶强化和第二相强化,使得Ni625熔覆层的显微硬度高达608 HV_(0.1),是贝氏体基体硬度(320 HV_(0.1))的1.9倍,Ni625熔覆层的磨损性能是贝氏体基体的1.8倍.     

激光熔覆镍基自熔性合金(Ni60A)热循环特性及力学性能

为了确定激光3D打印镍基合金的最优熔覆工艺参数，研究其制备过程中的温度场和应力场.基于ANSYS(采用高斯移动热源),对镍基合金粉末过程进行数值模拟仿真，并对不同激光输出功率下激光制备镍基自熔性合金涂层的温度场(瞬间温度)和应力场进行分析.结果表明，高斯激光中心区域的温度和复合涂层的残余应力都随激光功率的增加而增大，且残余应力是导致激光涂层产生裂纹的主要原因.可以通过调整激光功率到合适的数值来降低热影响区，并制约裂纹、孔洞等缺陷的产生.     

TiCP/Ni60耐磨耐蚀激光熔覆层的制备及干滑动摩擦磨损性能研究

本文研究了通过激光熔覆工艺在45#钢表面制备TiCP/Ni60复合材料熔覆层的组织结构及干滑动摩擦磨损性能.研究结果表明,碳素钢表层形成的1～2 mm厚度的激光熔覆层,主要由硬质相M23C6、CrB及固溶体γ-Ni等组成,大量M23C6的形成,使Ni60熔覆层硬度达到HRC 58.8,熔覆层中添加15%的TiC可使熔覆层硬度进一步提升到HRC66.3;熔覆层中TiC使其摩擦系数有所降低并趋于稳定,全载荷范围内摩擦系数的波动从0.22减少到0.062.TiC颗粒的加入可明显降低熔覆层磨损率,但TiC颗粒的存在磨损面上不形成摩擦层;熔覆层中TiC颗粒含量过多,则在干滑动磨损过程中提高耐磨性的同时,也会促使TiC破碎形成磨屑,碎裂的TiC小颗粒,加剧磨粒磨损,过多的TiC也会急剧熔覆层内部裂纹的形成和扩展,加剧剥层磨损.     

基于热-流耦合模型研究激光熔覆速度场影响机制全文替换

激光熔池内部熔体的对流状况会直接影响到熔覆层内气孔、裂纹和内部热应力等缺陷的形成,这些缺陷会显著影响熔覆层的服役行为,分析熔池内部的对流状况对控制熔覆层质量具有重要意义。通过构建激光熔覆过程的热-流耦合模型,并利用其模拟不同激光功率和送粉率下的熔覆过程,研究熔池深度和宽度,模型模拟了激光熔覆过程中工艺参数对熔池温度场及速度场的影响。结果表明：工艺参数中的激光功率、光斑半径和扫描速度的改变,均会明显影响熔池内熔体流速峰值和峰值上升速度,而送粉率对熔池速度场几乎无影响。此外,表面张力系数对熔池内熔体速度场也有影响,熔覆材料的表面张力系数为负值时,熔池内熔体从激光照射区域向两边流动,使得熔池变浅变深;而含S等活性元素的熔覆材料具有正表面张力系数,熔池内流体从熔池两边向中间流动,使熔池变深变窄;随着表面系数绝对值的增大,熔池内流体速度峰值也会随之增大。     

激光相变硬化处理热过程的计算机模拟

建立了激光相变硬化处理三维准稳态温度场数值分析模型，该模型考虑了材料热物性参数随温度改变、工件表面散热以及相变潜热等因素的影响，采用有限差分法计算了４５钢不同工艺参数处理的温度场，得到了工艺参数与材料相变硬化区尺寸的关系，在此基础上，制定了激光相变硬化工艺规范图，通过计算机模拟预测了激光相变硬化层深度并与实验数据进行了比较，预测结果与实验数据吻合良好。     

MA-PA复合EG相变材料的研制及热性能

以十四烷酸(MA)、十六酸(PA)为相变材料单体,制备了系列二元低共熔混合物(MA-PA),再以膨胀石墨(EG)为基体,采用多孔吸附法制备出MA-PA/EG复合相变材料.通过DSC、冷热加速循环和蓄、放热实验,研究了MA-PA/EG材料的热性能.结果表明,在MA-PA与EG最佳质量配比为15∶1的条件下,MA-PA/EG的熔化温度和凝固温度分别为44.99℃和44.42℃,熔化潜热和凝固潜热分别为156.9J/g和155.3J/g,EG对相变温度和潜热的影响不大;1 000次冷热加速循环后MA-PA/EG材料仍具有良好的热稳定性;EG可有效地提高MA-PA/EG材料的蓄、放热速率,且在固液相变过程中无液体侧漏.     

激光熔覆技术在铝合金活塞生产中的应用

本文通过对生产实践中的激光熔覆实验和熔覆层抗蚀性试验的研究,说明在铝合金活塞生产中应用激光熔覆技术的可行性及其广阔的应用前景。     

激光熔覆涂层的组织特点与裂纹产生的机理探讨

碳钢、铸铁表面分别采用激光熔覆N i基、Fe基合金涂层,观察并分析了熔覆涂层界面及其显微组织和硬度特点,探讨了碳钢表面激光熔覆层裂纹产生的机理.     

固-液相变问题的数学模型和数值求解方法

综述了固 -液相变问题数值求解的数学模型和数值求解方法 ,着重介绍数学模型的发展和两个基本的数值求解方法 ,并介绍了固 -液相变问题数值模拟中紊流的处理方法。     

TiO2-CNTs/FeNi36激光熔覆复合涂层制备研究

采用激光熔覆技术制备了TiO2-CNTs/FeNi36复合涂层,研究了核壳式TiO2-CNTs增强体对激光熔覆复合涂层孔洞、微观结构和摩擦学性能的影响.结果 表明:核壳式TiO2-CNTs增强体的加入大大减小了复合涂层中孔洞数量和尺寸,有效抑制了涂层大孔洞的产生;增强体的加入没有改变因瓦合金基体物相组成,基体合金仍为[...     

镁合金AZ31的差热分析及凝固组织观察

利用差热分析(DTA)和在不同温度下加热-急冷,并结合金相组织观察的方法研究了AZ31镁合金的凝固相变温度及凝固组织变化特征.通过对AZ31镁合金DTA曲线的分析和不同温度下金相组织的比较、分析,确定了该合金的相变起始温度为430.1℃,共晶温度为438.5℃,固相线温度为614.4℃,液相线温度为636.4℃.同时,通过对不同温度下急冷试样的组织观察,分析了AZ31镁合金在凝固过程中的相变及组织演变特征,并确定了差热分析所得相变温度的准确性.     

钢-混凝土组合梁温度效应的解析解

针对考虑和不考虑界面滑移2种情况,在任意温度分布作用下,推导了钢-混凝土组合梁界面剪力、相对滑移和温度应力理论计算公式,采用有限元模拟对考虑界面滑移的公式进行了验证,并在钢-混凝土温差模式(模式1)、《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)温差模式(模式2)和英国规范BS5400温差模式(模式3)下,对比了温度效应的计算结果。分析结果表明:采用考虑界面滑移的剪力理论公式计算出的组合梁界面剪力分布与有限元计算结果规律一致,3种模式下剪力最大偏差分别为1.15%、2.65%和3.41%;组合梁界面剪力服从双曲余弦函数分布,界面滑移服从双曲正弦函数分布;不考虑滑移与考虑滑移计算得到的界面最大剪力基本相等,最大偏差仅为1.22%;组合梁跨中温度应力计算值的最大偏差小于1%,但组合梁端部温度应力计算值偏差较大,模式3温差为20℃时,考虑滑移时的混凝土底部温度拉应力为不考虑滑移时的1.9倍;组合梁的界面温度效应与温差成线性关系,斜率与温度分布模式有关,模式1的界面剪力、界面剪应力和界面滑移的变化速率最大,分别为9.138kN·℃-1、0.067MPa·℃-1和5.263×10-3 mm·℃-1;温差为30℃时,模式1的界面剪力、界面剪应力和界面滑移变化速率均为模式3的3倍以上,因此,不考虑钢梁温度梯度会使组合梁界面剪力、相对滑移与温度应力计算结果产生偏差,且偏差会随温差的增大而增大。     

镁合金AZ31的差热分析及凝固组织观察

利用差热分析（DTA）和在不同温度下加热-急冷,并结合金相组织观察的方法研究了AZ31镁合金的凝固相变温度及凝固组织变化特征．通过对AZ31镁合金DTA曲线的分析和不同温度下金相组织的比较、分析,确定了该合金的相变起始温度为430．1℃,共晶温度为438．5℃,固相线温度为614．4℃,液相线温度为636．4℃．同时,通过对不同温度下急冷试样的组织观察,分析了AZ31镁合金在凝固过程中的相变及组织演变特征,并确定了差热分析所得相变温度的准确性．     

激光熔覆Ni30WC合金粉末修补42CrMo钢的研究

作为高速列车车轴常用的原材料,42CrMo车轴钢在工作中,常因发生疲劳、拉伤断裂、局部磨损等问题而影响使用.为了延长工件使用寿命,在实验中利用激光熔覆技术修复其磨损失效区域,在功率850W,扫描速度8 mm/s的条件下,对车轴钢42CrMo熔覆Ni30WC镍基粉末,制备出与基体结合牢固的熔覆涂层.利用显微镜(OM),扫描电镜(SEM)观察涂层组织形貌,利用X射线衍射仪(XRD)分析涂层物相组成,使用显微硬度仪测量涂层硬度.结果表明:在熔覆层中,主要形成WC﹑W2C﹑(Cr,Ni)和Ni C等物相,涂层与基体结合牢固,但存在明显的裂纹,孔洞等缺陷.涂层硬度显著提高,是基体硬度的3倍以上.     

考虑材料温变特性的三维轮轨接触热分析

为研究材料温变特性对轮轨接触行为和摩擦温升的影响,提出了一种考虑材料温变特性的三维轮轨热力耦合模型,能够考虑纵、横向蠕滑率和自旋的影响,更为真实地模拟轮轨系统的服役状态.首先,研究了热力耦合建模方式对轮轨界面摩擦温升及接触应力的影响;随后,将该模型应用于地铁小半径曲线处车辆-轨道相互作用模拟.结果表明：当轮轨界面温度达到450℃时,轮轨接触应力显著降低,降幅可达20%;考虑热力耦合建模后,轮轨界面的预测温升明显低于不考虑热力耦合建模时的结果,在蠕滑率为0.16时,两者的差异可达51%;地铁车辆在小半径曲线线路上运行时轮轨摩擦温升因过大的蠕滑率与自旋会急剧增大到750℃,应考虑轮轨热力耦合建模以避免过高估计轮轨摩擦温升以及轮轨接触应力.     

温差能驱动的水下滑翔机工作过程数值模拟

将焓法模型稍做变换后,用于求解温差能驱动水下滑翔机动力装置的相变过程,将温度场与液相分数场解耦,液相分数值由温度场确定.引入有效热导率来表示液相对流对相变过程的影响,计算结果与实验值吻合.对几种不同性质的材料进行了数值模拟分析,分别计算了比相变温度高5℃和10℃温差下,量纲一的量相界面的移动规律、液相分数随时间的变化情况,以及相变材料储能速率.结果表明,外界环境温度在5～30℃范围内,十六号凝胶性能优于其他材料.此外,以十六号凝胶为贮能材料,研究了对流换热系数、储能容器半径对相变过程的影响.     

考虑瞬态温度场的水平井水力冲砂临界排量

针对目前油气田水平井水力冲砂施工难度大、难以辨识合理的冲砂排量的问题.基于水平井地层-井筒瞬时温度场模型,提出水平井环空临界流速计算模型,考虑瞬时温度场对冲砂液黏度的影响.通过有限体积法求解瞬时温度场,结合冲砂液温度-黏度方程,求取了水平井全井段全过程环空临界流速,在此基础上建立了临界排量计算新方法.通过对4种常用冲砂液进行实例分析表明:与不考虑温度情况相比,考虑温度时全过程最大环空临界流速分别增大了9.20%、17.26%、9.85%和7.64%,临界排量分别增大了8.33%、18.18%、10.00%和11.11%,说明了水平井水力冲砂排量计算考虑温度影响的必要性.      

新型钼酸银纳米晶的制备及其光催化性能研究

为了开发出新型的半导体光催化材料,本文基于液相激光熔蚀法,对钼酸银纳米粉末进行激光辐照,获得尺寸极小的钼酸银纳米晶.文章通过透射电子显微镜、XRD粉末衍射仪、拉曼光谱仪对该样品的形貌和结构进行了系列表征.紫外可见吸收光谱显示,钼酸银纳米晶在400~800 nm波段具有吸收峰,通过Tauc公式拟合,得到该材料的光学带隙为2.4 e V左右.以300 W氙灯模拟自然光光源,对样品的可见光光催化降解甲基橙的降解效果进行了测定.