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半固态合金凝固过程中相变传热的研究

作　者: 贾国瑞
导　师: 张莹
学　校: 南昌大学
专　业: 工程热物理
关键词: 半固态固相率凝固传热图像处理
分类号: TG249.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

在合金板带坯的制备过程中,铸造技术和半固态加工技术相结合的工艺不仅能使板坯加工性能良好,还具有高效,流程短等特点。因此深入研究合金半固态相变传热机理,建立合适的半固态浆料相变传热模型,探索温度场与固相率的关系,工艺条件对晶粒组织形态的影响,对发展半固态成形工艺,提高镁合金板带的加工质量有着至关重要的意义。本文章初步模拟了半固态合金凝固过程中的传热和流动行为。同时搭建了半固态浆料对流传热实验平台,测量合金在不同工艺措施下的温度场分布,获取不同温度场下的金相图。通过对金相图的图像处理,计算出该温度下的凝固率和晶粒的形状特征尺度。阐明半固态锌合金的固相率,晶粒组织形态等特征数分别与合金所在温度场之间关系。最终为探明半固态成形过程中热流场与晶粒组织演化之间相互依赖相互影响的关系奠定基础。实验结果表明：1)圆柱形保温筒内合金,在同一半径处,高温差条件下所测量的温度值比低温差条件下的温度值要小。即保温炉内外半径处温度差的改变,会影响其内部所装载合金的温度场的相应变化。2)采用机械振动和机械搅拌等措施后,半固态合金内部的温度场分布趋于均匀。且在冷却过程中,温度变化值趋于平缓,无急剧下降情况。3)在金相图处理方面：在利用金相法计算固相率的过程中,采用“高反差黑白化”技术对图像进行处理,获得更加清晰的金相图,统计得出的固相率与理论计算值相近,误差控制在5%以内。4)经过机械振动,机械搅拌等工艺措施后,金相图所显示的合金晶粒变小,并且晶粒形状变得更加圆润,枝晶减少。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第1章绪论  8-19
  1.1 研究背景和意义  8-9
  1.2 半固态浆料的制备方法  9-13
    1.2.1 搅拌法  9-10
    1.2.2 瞬间形核法  10-11
    1.2.3 搅拌和瞬间形核法  11-12
    1.2.4 压力加工法—应变诱发熔化激活法(SIMA)  12-13
  1.3 多孔介质及传热传质基础简介  13-16
    1.3.1 半固态金属中的固相率与多孔介质中的孔隙率  14
    1.3.2 多孔介质在半固态凝固过程中的应用进展  14-16
  1.4 本课题来源,研究内容和方法  16-17
    1.4.1 课题来源  16
    1.4.2 课题研究内容  16-17
    1.4.3 课题实施方案  17
  1.5 本章小结  17-19
第2章半固态合金实验原理和设备  19-28
  2.1 相变传热的实验装置原理  19-20
  2.2 合金凝固过程的实验设备  20-27
    2.2.1 合金熔炼炉  20-22
    2.2.2 热电偶  22-24
    2.2.3 温度控制柜  24
    2.2.4 多路温度巡检仪  24-25
    2.2.5 电子显微镜  25-26
    2.2.6 实验所用材料  26-27
  2.3 小结  27-28
第3章数学模型的建立和数值模拟结果  28-35
  3.1 凝固过程中传热数学模型的建立  28-31
  3.2 基于LBM方法的半固态合金凝固过程热流场模拟  31-34
    3.2.1 纯导热过程的半固态凝固过程的温度场和相场模拟  31-33
    3.2.2 强制对流条件下凝固过程的温度场和固相率分布模拟  33-34
  3.3 本章小结  34-35
第4章温度场分布和固相率计算  35-52
  4.1 实验过程中合金凝固时的温度分布的研究  35-39
  4.2 凝固过程中半固态合金固相率的测算  39-46
    4.2.1 测算固相率的常用方法  39
    4.2.2 matlab图像处理技术简介  39-40
    4.2.3 晶相组织图像处理  40-45
    4.2.4 半固态合金固相率随温度总体变化图  45-46
  4.3 不同凝固条件半固态合金晶粒形状的比较  46-51
  4.4 本章小结  51-52
第5章总结与展望  52-54
  5.1 结论  52-53
  5.2 本文主要创新点  53
  5.3 下一步工作方向  53-54
致谢  54-55
参考文献  55-59
攻读学位期间的研究成果  59

半固态合金凝固过程中相变传热的研究

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