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,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對流;施加超聲波、電磁場、機(jī)械攪拌等還將引起熔體的受迫流動等等,這些流動將進(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或者引入特定的受迫流動,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,能對該過程中傳熱、傳質(zhì)和動量傳輸?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)恒磁場對定向凝固組織影響
        1.2.1 電磁制動對凝固組織影響
        1.2.2 熱電磁效應(yīng)對凝固組織影響
    1.3 電流對定向凝固組織影響
        1.3.1 電流對凝固組織的影響機(jī)制
        1.3.2 電場作用于定向凝固過程
    1.4 電磁復(fù)合場對定向凝固組織的影響
        1.4.1 直流電流與穩(wěn)恒磁場復(fù)合
        1.4.2 交變/脈沖電流與穩(wěn)恒磁場復(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 研究對象及實(shí)驗(yàn)設(shè)備
        2.1.1 研究對象
        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)恒磁場下Cz法與Bridgman法定向凝固實(shí)驗(yàn)
        2.2.3 溫度梯度測定方法
        2.2.4 組織表征及性能檢測方法
第三章 電磁場誘導(dǎo)受迫流動對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)恒磁場下定向凝固過程中熱電磁力/對流的模擬
        3.3.1 熱電磁力及熱電磁對流的公式推導(dǎo)
        3.3.2 熱電磁對流及其對溶質(zhì)分布影響的模擬
    3.4 小結(jié)
第四章 熱電磁對流對二元合金B(yǎng)ridgman法和CZ法定向凝固組織的影響
    4.1 熱電磁對流對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 熱電磁對流作用時(shí)間對Bridgman定向凝固組織的影響
        4.2.1 磁場作用不同時(shí)間
        4.2.2 不同抽拉速度
        4.2.3 數(shù)值模擬驗(yàn)證
    4.3 熱電磁對流對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 電磁場誘導(dǎo)單向?qū)α鲗Χ辖鸲ㄏ蚰探M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
        5.1.2 焦耳熱
        5.1.3 直流電流對凝固組織影響
    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 不同受迫流動量級對定向凝固組織影響
        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 電磁場誘導(dǎo)周期反向流動對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 感生磁場與電場的可忽略性
        6.1.2 焦耳熱
        6.1.3 集膚層厚度
        6.1.4 脈沖電流對凝固組織影響
    6.2 電磁振蕩作用下受迫流動的解析解和數(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)】：
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本文編號：2922530