7075铝合金喷射成形工艺及超音速两相流破碎机制研究
发布时间：2021-04-29 20:28
喷射成形作为新型的先进材料制备工艺,利用气-液两相雾化产生的细小液滴能够快速冷却、后续到达的液滴能对已沉积表面产生冲击等特点,制备的7075铝合金沉积坯中可以有效避免粗大枝晶,细化二次相,削弱合金元素偏析。但是喷射成形过程受到多种因素共同作用,影响规律较为复杂,实际生产过程中也多依赖经验的积累。因此,有必要深入研究不同雾化器结构对应的气体流场特征、雾化过程中两相之间的相互作用以及液态金属破碎机制。本文对超音速雾化过程中的气-液两相相互作用直接进行数学建模与计算,验证了金属液的两种初级破碎机制,探讨了气/液参数值对初级破碎过程的影响,然后通过对制备所得的喷射态7075铝合金进行质量表征,优化了成形工艺参数,并对质量较优的材料的高温变形行为进行了探讨,为进一步通过后处理改善喷射态材料的组织性能提供了依据。具体研究工作如下:利用CFD（Computational Fluid Dynamics）数值模拟技术,系统研究了超音速两相流雾化过程当中的气流场特征,具体特征包括:链式膨胀波、导液管端部的负压区、导液管下游的回流区以及滞点;依据VOF（Volume of Fluid）两相流模拟结果,发现随...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 相关领域研究现状
1.2.1 喷射成形技术的发展
1.2.2 国内外7xxx铝合金研究现状
1.2.3 喷射成形在铝合金领域的研究现状
1.2.4 喷射成形气雾化机理的研究现状
1.3 研究目的和研究内容
第二章 超音速雾化过程CFD分析及两相流破碎机制
2.1 引言
2.2 超音速雾化过程CFD建模
2.2.1 控制方程
2.2.2 CFD模型设计
2.3 超音速单相流雾化过程CFD分析
2.4 超音速两相流破碎过程CFD分析
2.4.1 两种初级破碎模型对比分析
2.4.2 雾化压力对初级破碎过程的影响
2.4.3 表面张力对初级破碎过程的影响
2.5 本章小结
第三章 7075 铝合金喷射成形实验与沉积坯质量分析
3.1 引言
3.2 喷射成形7075 铝合金制备
3.3 7075铝合金沉积坯表观质量分析
3.4 工艺参数对沉积坯内部孔隙的影响
3.4.1 7075铝合金沉积坯的内部孔隙分布
3.4.2 沉积高度对孔隙的影响
3.4.3 导液管内径对孔隙的影响
3.4.4 金属液初始温度对孔隙的影响
3.5 本章小结
第四章 喷射态7075 铝合金微观组织与力学性能
4.1 引言
4.2 喷射态7075 铝合金组织特性
4.2.1 喷射态微观组织
4.2.2 喷射态力学性能及断口分析
4.3 喷射态7075 铝合金高温变形特性
4.3.1 热模拟压缩实验
4.3.2 热变形条件对微观组织的影响
4.3.3 高温本构方程
4.3.4 喷射态与铸态7075 铝合金高温变形能力对比
4.4 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]液态金属超声雾化喷嘴的气雾化性能影响因素[J]. 周珊,刘明翔,隋大山,崔振山. 粉末冶金材料科学与工程. 2017(04)
[2]7075铝合金铸锭组织及均匀化研究[J]. 李承波,韩素琦,何克准,唐露华,刘胜胆,张新明. 特种铸造及有色合金. 2016(12)
[3]Microstructure and Properties of 7075Al Alloy Fabricated by Directly Combined of Spray Forming and Continuous Extrusion Forming under Different Atomization Gas Pressures[J]. Ye-Gao Chen,Yi Zhong,Jiang-Cheng Yin,Li-Qiang Wang,Li-Na Liu,Huan Yang,Ying-Li Liu. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2016(09)
[4]Difference in the Hot Compressive Behavior and Processing Maps between the As-cast and Homogenized Al-Zn-Mg-Cu（7075） Alloys[J]. S.Y.Park,W.J.Kim. Journal of Materials Science & Technology. 2016(07)
[5]Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金的研究进展[J]. 虞红春,龚静,张宁,魏海根,吴一凤,汪明朴. 世界有色金属. 2013(S1)
[6]喷口结构对雾化流场影响规律的数值模拟[J]. 李玉军,张贤杰,王俊彪. 西安工业大学学报. 2012(12)
[7]超音速气雾化喷嘴中抽吸压力变化规律的研究[J]. 赵新明,徐骏,朱学新,张少明. 粉末冶金技术. 2010(01)
[8]喷射成形技术国内外发展与应用概况[J]. 李荣德,刘敬福. 铸造. 2009(08)
[9]超音速气雾化中导液管突出长度对气体流场的影响[J]. 赵新明,徐骏,朱学新,张少明. 中国有色金属学报. 2009(05)
[10]喷射成形7055铝合金的显微组织和力学性能[J]. 李先聚,杨杰,张豪,张捷,张荻. 中国有色金属学报. 2007(12)
博士论文
[1]铸轧7075铝合金的变形行为及其组织演变的研究[D]. 王雷.山东大学 2016
[2]喷射成形7000系铝合金沉积坯孔隙及其在后处理中的演变研究[D]. 尹贻彬.北京有色金属研究总院 2015
[3]7055铝合金及其颗粒增强复合材料喷射成形技术研究[D]. 司朝润.西北工业大学 2015
[4]喷射沉积气体流场与雾化机制研究[D]. 赵文军.哈尔滨工业大学 2012
[5]Ag、Sc合金化及热处理工艺对7055铝合金的微观组织与性能影响研究[D]. 李海.中南大学 2005
硕士论文
[1]GCr15轴承钢喷射成形工艺及雾化气流场研究[D]. 周珊.上海交通大学 2017
[2]粉末冶金AlCuMgSi材料的制备与性能研究[D]. 陈玲.北京有色金属研究总院 2016
[3]回归再时效制度对喷射成形7055铝合金组织和性能的影响[D]. 蒋云泽.江苏科技大学 2015
[4]不同挤压比对喷射成形7075铝合金后续工艺的影响[D]. 杨振兴.江苏理工学院 2015
[5]紧耦合气雾化流场结构和雾化机理研究[D]. 陈欣.中南大学 2007
本文编号：3168122
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 相关领域研究现状
1.2.1 喷射成形技术的发展
1.2.2 国内外7xxx铝合金研究现状
1.2.3 喷射成形在铝合金领域的研究现状
1.2.4 喷射成形气雾化机理的研究现状
1.3 研究目的和研究内容
第二章 超音速雾化过程CFD分析及两相流破碎机制
2.1 引言
2.2 超音速雾化过程CFD建模
2.2.1 控制方程
2.2.2 CFD模型设计
2.3 超音速单相流雾化过程CFD分析
2.4 超音速两相流破碎过程CFD分析
2.4.1 两种初级破碎模型对比分析
2.4.2 雾化压力对初级破碎过程的影响
2.4.3 表面张力对初级破碎过程的影响
2.5 本章小结
第三章 7075 铝合金喷射成形实验与沉积坯质量分析
3.1 引言
3.2 喷射成形7075 铝合金制备
3.3 7075铝合金沉积坯表观质量分析
3.4 工艺参数对沉积坯内部孔隙的影响
3.4.1 7075铝合金沉积坯的内部孔隙分布
3.4.2 沉积高度对孔隙的影响
3.4.3 导液管内径对孔隙的影响
3.4.4 金属液初始温度对孔隙的影响
3.5 本章小结
第四章 喷射态7075 铝合金微观组织与力学性能
4.1 引言
4.2 喷射态7075 铝合金组织特性
4.2.1 喷射态微观组织
4.2.2 喷射态力学性能及断口分析
4.3 喷射态7075 铝合金高温变形特性
4.3.1 热模拟压缩实验
4.3.2 热变形条件对微观组织的影响
4.3.3 高温本构方程
4.3.4 喷射态与铸态7075 铝合金高温变形能力对比
4.4 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]液态金属超声雾化喷嘴的气雾化性能影响因素[J]. 周珊,刘明翔,隋大山,崔振山. 粉末冶金材料科学与工程. 2017(04)
[2]7075铝合金铸锭组织及均匀化研究[J]. 李承波,韩素琦,何克准,唐露华,刘胜胆,张新明. 特种铸造及有色合金. 2016(12)
[3]Microstructure and Properties of 7075Al Alloy Fabricated by Directly Combined of Spray Forming and Continuous Extrusion Forming under Different Atomization Gas Pressures[J]. Ye-Gao Chen,Yi Zhong,Jiang-Cheng Yin,Li-Qiang Wang,Li-Na Liu,Huan Yang,Ying-Li Liu. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2016(09)
[4]Difference in the Hot Compressive Behavior and Processing Maps between the As-cast and Homogenized Al-Zn-Mg-Cu（7075） Alloys[J]. S.Y.Park,W.J.Kim. Journal of Materials Science & Technology. 2016(07)
[5]Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金的研究进展[J]. 虞红春,龚静,张宁,魏海根,吴一凤,汪明朴. 世界有色金属. 2013(S1)
[6]喷口结构对雾化流场影响规律的数值模拟[J]. 李玉军,张贤杰,王俊彪. 西安工业大学学报. 2012(12)
[7]超音速气雾化喷嘴中抽吸压力变化规律的研究[J]. 赵新明,徐骏,朱学新,张少明. 粉末冶金技术. 2010(01)
[8]喷射成形技术国内外发展与应用概况[J]. 李荣德,刘敬福. 铸造. 2009(08)
[9]超音速气雾化中导液管突出长度对气体流场的影响[J]. 赵新明,徐骏,朱学新,张少明. 中国有色金属学报. 2009(05)
[10]喷射成形7055铝合金的显微组织和力学性能[J]. 李先聚,杨杰,张豪,张捷,张荻. 中国有色金属学报. 2007(12)
博士论文
[1]铸轧7075铝合金的变形行为及其组织演变的研究[D]. 王雷.山东大学 2016
[2]喷射成形7000系铝合金沉积坯孔隙及其在后处理中的演变研究[D]. 尹贻彬.北京有色金属研究总院 2015
[3]7055铝合金及其颗粒增强复合材料喷射成形技术研究[D]. 司朝润.西北工业大学 2015
[4]喷射沉积气体流场与雾化机制研究[D]. 赵文军.哈尔滨工业大学 2012
[5]Ag、Sc合金化及热处理工艺对7055铝合金的微观组织与性能影响研究[D]. 李海.中南大学 2005
硕士论文
[1]GCr15轴承钢喷射成形工艺及雾化气流场研究[D]. 周珊.上海交通大学 2017
[2]粉末冶金AlCuMgSi材料的制备与性能研究[D]. 陈玲.北京有色金属研究总院 2016
[3]回归再时效制度对喷射成形7055铝合金组织和性能的影响[D]. 蒋云泽.江苏科技大学 2015
[4]不同挤压比对喷射成形7075铝合金后续工艺的影响[D]. 杨振兴.江苏理工学院 2015
[5]紧耦合气雾化流场结构和雾化机理研究[D]. 陈欣.中南大学 2007
本文编号：3168122
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3168122.html
