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高炉常用耐火材料导热系数的测定

童文辉 , 沈峰满 , 柴田浩幸 , 王文忠 , 杨院生 , 早稻田嘉夫 , 高桥礼二郎 , 八木顺一郎

金属学报 doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2002.09.017

采用激光脉冲法及使用DSC实测高炉用耐火材料的热扩散率及比热容,进而获得其导热系数.重点考察了温度及温度履历对耐火材料热扩散率及比热容的影响,得出二者与温度依存关系的数学模型,进而获得各种耐火材料的导热系数对温度的依存关系测量结果表明:(1)除铝碳质耐火材料,其他耐火材料经一次高温后,测得的热扩散率值比第一次升温时的测得值增大,且温度特性随着温度变化呈现唯一的变化关系.而铝碳质耐火材料则相反,且随着升、降温过程的延续,热扩散率值逐渐减.(2)随温度的增加,比热容先较快增大后缓慢增加,温度履历对热容的测定基本没有影响.(3)根据测定结果,建立了导热系数λ(W/m.K)与温度T(K)之间的数学模型,经检验,该模型可有效地预测高炉常用耐火材料的导热系数.

关键词: 耐火材料 , 导热系数 , 热扩散率 , 温度履历

激光熔凝过程中金属薄膜瞬态电阻的测量

童文辉 , 杨院生 , 朱仕学 , 惠希东 , 陈晓明 , 于力 , 胡壮麒

金属学报

采用瞬态电阻测量方法,对激光表面快速熔凝过程进行了实时跟踪,分析了激光器单脉冲能量、金属薄膜的预热温度等参数对测定结果的影响.结果表明:在快速熔凝过程中金属薄膜的电阻随过程时间呈凸峰状变化,在激光加热周期内,电阻随时间迅速增加,之后随时间的推移又逐渐减小,电阻的减小速度低于增加速度;随着激光功率密度增加,电阻曲线的峰值增大,升温及冷却速度相应增大;随着预热温度的提高,电阻峰值也相应增大,但是样品下表面的热导出率下降,冷却速度下降;当样品下表面的导热能力降低时,样品的电阻曲线峰值有所提高,而在冷却段电阻却明显变化缓慢.

关键词: 快速熔凝过程 , null , null

镁合金低压脉冲磁场晶粒细化

杨院生 , 付俊伟 , 罗天骄 , 汪彬 , 冯小辉 , 童文辉 , 李应举

中国有色金属学报

提出一种低压脉冲磁场合金晶粒细化技术,分析常规铸造和半连续铸造条件下,低压脉冲磁场对镁合金凝固组织的影响.结果表明:脉冲磁场对AZ31、AZ91D、AZ80、AM60、AS31和Mg-Gd-Y-Zr镁合金均有显著的细化效果.施加脉冲磁场后,初生α-Mg形态发生明显球化,由粗大、发达的枝晶变为细小的蔷薇状,且溶质偏析显著降低.采用商用ANSYS软件分析了电磁力、流场以及焦耳热对熔体的影响规律,从形核和生长角度分析了脉冲磁场下镁合金晶粒细化机制,依据界面稳定性理论提出了脉冲磁场下镁合金晶粒球化模型.

关键词: 镁合金 , 组织 , 晶粒细化 , 脉冲磁场

激光熔凝过程中金属薄膜瞬态电阻的测量

童文辉 , 杨院生 , 朱仕学 , 惠希东 , 陈晓明 , 于力 , 胡壮麒

金属学报 doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2001.11.017

采用瞬态电阻测量方法,对激光表面快速熔凝过程进行了实时跟踪,分析了激光器单脉冲能量、金属薄膜的预热温度等参数对测定结果的影响.结果表明:在快速熔凝过程中金属薄膜的电阻随过程时间呈凸峰状变化,在激光加热周期内,电阻随时间迅速增加,之后随时间的推移又逐渐减小,电阻的减小速度低于增加速度;随着激光功率密度增加,电阻曲线的峰值增大,升温及冷却速度相应增大;随着预热温度的提高,电阻峰值也相应增大,但是样品下表面的热导出率下降,冷却速度下降;当样品下表面的导热能力降低时,样品的电阻曲线峰值有所提高,而在冷却段电阻却明显变化缓慢.

关键词: 快速熔凝过程 , 脉冲激光 , 金属薄膜

二元合金激光快速熔凝过程的非Fourier模型

童文辉 , 杨院生 , 朱仕学 , 陈晓明 , 胡壮麒 , 惠希东

金属学报

基于非Fourier定律,建立了脉冲激光加热条件下单相二元合金表面快速重熔和凝固过程的非平衡传热传质模型.并根据碰撞理论和Aziz的连续生长模型处理固/液界面,以解释快速熔凝过程界面动力学的非平衡效应.快速熔凝问题是涉及热质传输的移动界面问题,通过二阶精度的Von Neumann隐式差分格式和界面跟踪方法进行过程模型的数值求解.应用该模型,分析了Al-Cu二元合金的激光表面熔凝过程.结果表明,激光的高能量密度和非平衡界面动力学所引起的熔化过热和凝固过冷对于快速熔凝过程的影响很大.在快速熔凝过程中,界面速度的变化很大,且因基底材料和热流大小而不同通过计算获得了界面温度、速度、溶质浓度及非平衡分配系数随界面位置的变化.结果显示,在凝固过程中界面速度和界面溶质浓度都存在着很大的波动.

关键词: 激光加热 , null , null , null

直流电流作用下AZ91D镁合金半固态等温处理过程中的组织演变

周全 , 杨院生 , 唐军立 , 胡壮麒

金属学报

考察了直流电流密度、等温温度及等温时间对AZ91D镁合金半固态组织的影响, 对电流影响组织演变的机理进行了探讨。实验结果表明：当等温温度和等温时间一定时, 随着电流密度的增加, 初生相变得圆整, 初生相的尺寸有所减小。但电流密度过高时，初生相尺寸有所增加。直流电流可以加速半固态等温处理的组织演化过程，明显改善枝晶球化效果。直流电流增加扩散激活能, 增大溶质原子的扩散系数, 促进溶质原子的扩散，从而加速半固态等温过程的组织演化；直流电流作用下的电迁移效应、Joule热效应和Peltier效应都将促进枝晶的熔断和球化。

关键词: AZ91D镁合金 , null , null

纯镍表面结焦形貌及其影响因素研究

吴欣强 , 郑玉贵 , 柯伟 , 杨院生 , 胡壮麒

中国腐蚀与防护学报 doi:10.3969/j.issn.1005-4537.2001.01.002

系统研究了丙烷裂解过程中纯镍表面的结焦形貌及其影响因素.结果表明，纯镍表面的沉积焦炭有三种形貌，分别为纤维状、颗粒状和膜状.纤维状焦炭在800℃左右形成，需要基底金属镍的参与，预氧化后的镍表面显著加剧这种焦炭的沉积.提高结焦温度或延长结焦时间，结焦机制发生转变，焦炭形貌也逐渐转变为颗粒状.颗粒状焦炭形成于气相反应，与基底金属镍无关.膜状焦炭形成于结焦初期，溶解/析出机制及表面直接形核、生长机制均对其形成有贡献.抑制纤维状焦炭的形成有益于减轻镍表面总的结焦程度

关键词: 纯镍丙烷裂解反应表面结焦预氧化

电磁离心凝固过程中宏观偏析的数值模拟

郭大勇 , 杨院生 , 童文辉 , 胡壮麒

金属学报

基于连续模型建立了非惯性坐标系下电磁离心凝固过程流动、传热、传质耦合数学模型. 依此模型对Al--5%Cu合金进行了模拟计算. 结果表明, 电磁离心凝固过程中,电磁力使熔体的平均径向运动速度下降.熔体流动状态的改变使凝固合金外层的逆偏析减轻, 凝固过程中两相区的负偏析也减轻. 与普通离心铸造相比, 电磁离心凝固可减轻铸件宏观偏析. 模拟结果与实测铸件成分分布基本吻合, 表明本数学模型较好地描述了电磁离心凝固过程.

关键词: 电磁离心凝固 , macrosegregation , fluid flow

基于曲率驱动机制的晶粒生长元胞自动机模型

花福安 , 杨院生 , 郭大勇 , 童文辉 , 胡壮麒

金属学报

结合晶粒生长的统计分析理论和概率性转变规则, 建立了基于曲率驱动机制的晶粒正常生长的二维元胞自动机模型. 该模型的一个显著特点是晶粒生长速率和晶界曲率(1/Rc--1/R)之间满足线性关系, 而传统的元胞自动机模型则难以满足这种线性关系. 模拟结果比较全面地反映了等温条件下晶粒正常生长的各种现象：平均晶粒面积与时间的关系, 晶粒尺寸、晶粒边数的分布规律及其时间不变性, 晶粒边数与尺寸的关系, 以及晶粒生长速率与晶粒尺寸和曲率的关系等. 模拟结果与晶粒生长的动力学理论预测相符合.

关键词: 晶粒生长 , null , null