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基于界面追踪-动网格技术模拟凝固收缩下Fe-C合金宏观偏析

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金属学报 2024年第3期60卷 388-404页

作者：董士虎张红伟吕文朋雷洪王强东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室沈阳110819 东北大学冶金学院沈阳110819

Fe-C系合金铸锭因C元素分配系数小、铸锭尺寸较大,易产生C偏析缺陷;同时因合金液-固相密度差异以及铁素体、奥氏体等相密度的差异都易产生并加剧凝固收缩。对凝固收缩的模拟研究表明,气相(渣相)的引入对偏析影响甚微,主要起补充顶端收... 详细信息

Fe-C系合金铸锭因C元素分配系数小、铸锭尺寸较大,易产生C偏析缺陷;同时因合金液-固相密度差异以及铁素体、奥氏体等相密度的差异都易产生并加剧凝固收缩。对凝固收缩的模拟研究表明,气相(渣相)的引入对偏析影响甚微,主要起补充顶端收缩腔的作用,但却导致气-合金界面模拟困难。为了简化模拟的复杂性,本工作基于液-固混相的连续介质模型,将凝固过程中收缩的体积与固相区、糊状区及液相区下降的体积建立关联,从而确定熔体顶端边界;结合动网格技术,开发了一种追踪收缩腔界面的模型,实现了Fe-C合金铸锭凝固收缩和宏观偏析的耦合模拟,预测的收缩腔形状与实验相符。结果表明:Fe-0.3%C合金铸锭凝固过程中,在热-溶质浮升力影响的基础上,考虑凝固收缩后,预测的铸锭顶部正偏析最大值减少了4.78%。铸锭顶端界面的换热,会减轻铸锭顶端正偏析。耦合热-溶质浮升力及凝固收缩影响,顶端与环境换热系数为h=2.0 W/(m^(2)·K)的铸锭上部溶质分布更符合文献实验测量结果。在热-溶质浮升力影响的基础上,考虑凝固收缩增强了糊状区内溶质浮力影响,致使铸锭凝固前沿主流股旋流方向更快反转,熔钢流速超过仅考虑热-溶质浮升力时的流速,从而加快了铸锭凝固速率。本模型预测的铸锭底端负偏析小于文献实验结果,这是由于本模型仅考虑了液-柱状晶混相,进一步的模型中需加入等轴晶粒沉降的影响。

关键词： Fe-C合金凝固收缩宏观偏析界面追踪动网格

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电沉积制备氢氧化镁多物理场的数值模拟

东北大学学报（自然科学版） 2024年第5期45卷 652-659,689页

作者：左晋松狄跃忠耿佃桥东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学冶金学院辽宁沈阳110819

为了优化电沉积法制备片状氢氧化镁的工艺,采用多物理场耦合方法,对电沉积制备氢氧化镁的过程进行了二维非稳态数值模拟.得到了不同极板间距和极板放置深度下的槽电压、电流密度、电解质流场和气体分布情况,分析了极板参数对电解槽工作... 详细信息

为了优化电沉积法制备片状氢氧化镁的工艺,采用多物理场耦合方法,对电沉积制备氢氧化镁的过程进行了二维非稳态数值模拟.得到了不同极板间距和极板放置深度下的槽电压、电流密度、电解质流场和气体分布情况,分析了极板参数对电解槽工作过程中电场与流场的影响.研究结果表明,减小极板放置深度会使槽电压降低,但较小的极板放置深度会导致槽内电解质流动性变差,不利于反应的进行.减小极板间距可以增大极板间电解液流速、加强传质、降低槽电压,但同时会导致极板上反应均匀性变差.为了保证电解质流速更快、槽电压更低、电流分布更均匀,应尽量加深极板放置深度,并适当调整极板间距.

关键词：电沉积多物理场氢氧化镁数值模拟

基于多场耦合求解的大规格镁合金扁锭差相脉冲电磁半连续铸造

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中国有色金属学报 2024年第6期34卷 1982-1997页

作者：段文超李金宝潘艳林朱新杰韩峰毛华邱明坤周古昕郎玉婧张志强中国兵器科学研究院宁波分院宁波315103 东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室沈阳110819

本文以大规格镁合金扁锭半连续铸造为研究对象,采用基于多场耦合的数值模拟技术模拟了差相脉冲磁场作用下镁合金扁锭半连续铸造过程中的宏观物理场,研究了差相脉冲磁场相位差对电磁力、温度场、凝固过程、溶质元素分布及宏观偏析的影响... 详细信息

本文以大规格镁合金扁锭半连续铸造为研究对象,采用基于多场耦合的数值模拟技术模拟了差相脉冲磁场作用下镁合金扁锭半连续铸造过程中的宏观物理场,研究了差相脉冲磁场相位差对电磁力、温度场、凝固过程、溶质元素分布及宏观偏析的影响。结果表明:相位差对凝固中后期影响更明显。当相位差从0°增至72°时,凝固初期换热有所减弱;而凝固中后期换热增强,液穴深度明显变浅,中心部位凝固速度加快,横截面内温度场变均匀。此外,适当提高相位差至72°有利于缓解两相区内贫溶质的问题,减少凝固后横截面内最大负偏析率和整体偏析率;相位差继续增大到108°不仅明显削弱了凝固前期的换热强度,而且还会削弱凝固中后期的换热强度,使液穴变深,凝固速度减慢,偏析率增大。

关键词：数值模拟多场耦合镁合金扁锭半连续铸造差相脉冲电磁

稳定化退火温度对5059铝合金冷轧板材组织及性能的影响

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东北大学学报（自然科学版） 2024年第3期45卷 323-330页

作者：朱庆丰黄建航高扬张恩阁东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学材料先进制备技术教育部工程研究中心辽宁沈阳110819 东北大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110819

对5059铝合金冷轧板材进行了不同温度(125~275℃)保温1 h的稳定化退火处理,研究了稳定退火温度对板材组织性能的影响.研究结果表明:变形量为62.8%冷轧板材的变形组织内形成了穿过多个纤维状晶粒的剪切带;板材经不同温度(150~225℃)保温... 详细信息

对5059铝合金冷轧板材进行了不同温度(125~275℃)保温1 h的稳定化退火处理,研究了稳定退火温度对板材组织性能的影响.研究结果表明:变形量为62.8%冷轧板材的变形组织内形成了穿过多个纤维状晶粒的剪切带;板材经不同温度(150~225℃)保温1 h退火后,沿剪切带析出连续的β相,这些板材在晶间腐蚀过程中沿着剪切带形成了腐蚀沟壑.随着退火温度由125°C升高至275℃,5059铝合金冷轧板材的屈服强度和抗拉强度分别由386,474 MPa降低至301,407 MPa;延伸率则由10.4%升高到18.1%.5059铝合金冷轧板材单位面积内腐蚀量则先由125℃×1 h退火板材的13.7 mg/cm^(2),升至200℃×1 h退火板材的53.8 mg/cm^(2),再逐渐降至275℃×1 h退火板材的4.9 mg/cm^(2).

关键词： 5059铝合金轧制稳定化退火晶间腐蚀拉伸性能

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颗粒击穿气泡时气泡的变形和破裂

东北大学学报（自然科学版） 2024年第6期45卷 808-815,836页

作者：王飞杨泽陈进苏志坚东北大学材料电磁过程教育部重点实验室辽宁沈阳110819 辽宁红沿河核电有限公司辽宁大连116000

通过高速摄像机拍摄研究了颗粒击穿半球气泡破碎的演变过程.观察并分析了气泡成型后边缘再生和对流情况、受到颗粒击穿时气泡破碎的概率、以及成孔后的气泡破碎行为.通过量纲分析以及实验研究发现,气泡破碎概率是雷诺数和韦伯数的函数,... 详细信息

通过高速摄像机拍摄研究了颗粒击穿半球气泡破碎的演变过程.观察并分析了气泡成型后边缘再生和对流情况、受到颗粒击穿时气泡破碎的概率、以及成孔后的气泡破碎行为.通过量纲分析以及实验研究发现,气泡破碎概率是雷诺数和韦伯数的函数,概率P=1.08(Re^(0.5)We^(0.25))^(0.664),且当Re^(0.5)We^(0.25)>1020时,概率升至100%,气泡破碎形成的不稳定性射流数量是奥内佐格数Oh的函数.气泡液膜的卷曲速度随溶液浓度提高而升高,气泡液厚度随浓度提高而减小.

关键词：气泡边缘再生气泡液膜厚度气泡破裂气泡液膜边缘收缩速度膜液滴

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RH真空精炼的发展现状和展望

炼钢 2024年

作者：曾帅姜媛馨张晗孙乙力罗洪杰雷洪东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室东北大学冶金学院

RH真空精炼具有良好的精炼效果，被广泛应用于生产低碳钢、超低碳钢等优质钢材。在几十年的发展过程中，RH精炼功能不断丰富，衍生出多种类型的RH装置。冶金工作者们也对RH的精炼过程展开过诸多研究，提出了许多RH流场、脱碳、脱硫和夹... 详细信息

RH真空精炼具有良好的精炼效果，被广泛应用于生产低碳钢、超低碳钢等优质钢材。在几十年的发展过程中，RH精炼功能不断丰富，衍生出多种类型的RH装置。冶金工作者们也对RH的精炼过程展开过诸多研究，提出了许多RH流场、脱碳、脱硫和夹杂物传输行为的数学模型。分析了RH装置结构和精炼功能的演变，给出了RH内流场、脱碳、脱硫和夹杂物传输行为的数学模型的联系和差异，展望了RH装置的发展趋势和RH理论研究发展方向。

关键词： RH 流场脱碳脱硫夹杂物

元素掺杂对高强高导Cu-Ag合金组织与性能影响的研究进展

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特种铸造及有色合金 2024年

作者：杨霄张林王恩刚东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室东北大学冶金学院

高强高导Cu-Ag合金因其卓越的性能而在引线框架材料、铁路接触网材料以及高强磁场绕组线圈等领域得到广泛应用。随技术需求提升，以及降低Ag用量的需要，近年来向Cu-Ag合金中引入少量掺杂元素以制备性能更优越的Cu-Ag系三元合金成为研... 详细信息

高强高导Cu-Ag合金因其卓越的性能而在引线框架材料、铁路接触网材料以及高强磁场绕组线圈等领域得到广泛应用。随技术需求提升，以及降低Ag用量的需要，近年来向Cu-Ag合金中引入少量掺杂元素以制备性能更优越的Cu-Ag系三元合金成为研究的焦点。综述了添加Fe、Cr、Zr、Nb和Sc等元素对Cu-Ag合金组织和性能的影响，总结了不同合金体系的组织特点，以及添加元素作用下强度、硬度和电导率等性能的变化，并展望了Cu-Ag合金的发展前景。

关键词：高强高导 Cu-Ag合金元素掺杂

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电磁搅拌改善铸坯宏观偏析的研究现状和发展

特种铸造及有色合金 2024年

作者：魏亚芳邓安元王恩刚东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室东北大学冶金学院

宏观偏析是连铸钢坯不可避免的凝固缺陷，严重的宏观偏析对钢铁产品机械性能和使用寿命有很大影响。到目前为止，铸坯宏观偏析的控制已经取得了重大进展，许多技术已经在生产过程中得到广泛应用。从试验研究和数值模拟两个方面总结了国... 详细信息

宏观偏析是连铸钢坯不可避免的凝固缺陷，严重的宏观偏析对钢铁产品机械性能和使用寿命有很大影响。到目前为止，铸坯宏观偏析的控制已经取得了重大进展，许多技术已经在生产过程中得到广泛应用。从试验研究和数值模拟两个方面总结了国内外采用电磁搅拌解决铸坯宏观偏析技术的研究现状，对比了两种研究方法的特点，对电磁搅拌影响铸坯偏析的因素进行了总结，为后续采用电磁搅拌解决铸坯偏析提供参考。

关键词：电磁搅拌连铸坯宏观偏析

复合磁场作用下板坯结晶器内钢液流动、传热与凝固的数值模拟

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东北大学学报（自然科学版） 2024年第4期45卷 514-522页

作者：韦忍苏志坚杜以达王燕斌东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室辽宁沈阳110819 沈阳东惠科国际贸易有限公司辽宁沈阳113000

为利用板坯连铸过程中电磁搅拌技术和电磁制动技术各自的优点克服自身缺点,本文应用了结合电磁搅拌和电磁制动的分体式复合磁场并提出电磁制动的结构为单条型电磁制动,对板坯连铸结晶器流场和温度场进行控制.建立了该磁场下结晶器内钢... 详细信息

为利用板坯连铸过程中电磁搅拌技术和电磁制动技术各自的优点克服自身缺点,本文应用了结合电磁搅拌和电磁制动的分体式复合磁场并提出电磁制动的结构为单条型电磁制动,对板坯连铸结晶器流场和温度场进行控制.建立了该磁场下结晶器内钢液流动、传热、凝固耦合的三维数值模拟模型.对复合磁场给予结晶器内钢液流动及传热与凝固的影响进行了分析.结果表明:施加复合磁场后,结晶器内上、下返流流速明显减小,钢液主流股对窄面的冲击深度变小,上返流整体下移,弯月面钢液形成顺时针循环流;结晶器内整体温度分布更均匀,弯月面处温度较无磁场时基本不变;结晶器出口处凝固坯壳更为均匀,其厚度较无磁场下有所增加,钢液射流对窄面附近初生坯壳冲刷程度减小.

关键词：板坯连铸结晶器电磁搅拌电磁制动传热数值模拟