特殊形貌氧化钛及以其前驱体为模板钛酸锂制备与研究

发布时间：2017-10-10 13:41

  本文关键词：特殊形貌氧化钛及以其前驱体为模板钛酸锂制备与研究

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【摘要】：碳钢是世界上用量最大的金属材料,熔焊是钢结构最重要的连接方法之一,其应用遍及国民经济建设的各个领域。熔焊是一个极不均匀加热和冷却的过程,热输入产生的焊接热循环引起焊接热影响区内奥氏体晶粒长大和固态相变,严重影响焊接接头力学性能,甚至导致焊接失效。研究焊接热影响区固态相变和晶粒长大过程规律,可为优化材料组织、提高接头性能、指导焊接工艺制定提供依据,具有重要的理论意义和工程价值。本文以典型碳钢Q235B、Q345E、45号钢为试验材料,相继进行熔化极活性气体保护焊平板对接试验、金相试验和定量分析试验对三种钢材焊接热影响区各类组织的体积分数及Q345E钢粗晶区内不同位置的晶粒尺寸进行测定。结合实际焊接工艺,选用J.Goldak双椭球功率密度分布体热源模型,综合传热理论,建立MAG焊接温度场模型,依据Kirkaldy和Koistinen-Marburger相变动力学方程建立焊接热影响区相变模型,并将二者进行耦合,利用FORTRAN语言分别编写热源(DFLUX)和相变(UMATHT)子程序,运用ABAQUS三维有限元分析软件,建立适当的有限元模型,实现Q235B、Q345E和45号钢三种钢材MAG焊接温度场及热影响区固态相变过程的计算机模拟。模拟结果显示:焊接熔池模拟形貌与实际形貌基本符合,其熔宽和熔深分别为7.2mm和4.5mm;焊接热影响区各类组织体积分数的模拟结果与实测结果基本吻合,偏离度均在±10%以内,验证了HAZ相变模型可靠度。运用N.E.Hannerz解析公式计算焊接热循环,基于试验数据模型实现蒙特卡洛时间步与真实时间—温度关系之间的转化,结合蒙特卡洛法和晶粒长大动力学理论,建立二维蒙特卡洛晶粒长大模型,运用MATALAB软件编写晶粒长大程序,实现Q345E钢粗晶区晶粒长大过程的动态计算机模拟。模拟结果显示:Q345E钢粗晶区内不同位置,晶粒长大程度不同;距熔合线越近,晶粒尺寸越大。Q345E钢粗晶区内距熔合线100、200、300、400和500um五个位置,最终晶粒尺寸模拟结果与实测结果相符,偏离度均在±10%以内,验证了CGHAZ晶粒长大模型可靠度。
【关键词】：焊接热影响区 固态相变 晶粒长大 定量分析 计算机模拟
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题背景10
• 1.2 国内外相变的研究现状10-19
• 1.2.1 试验研究10-12
• 1.2.2 计算机模拟12-19
• 1.3 本课题的研究内容19-20
• 第二章 固态相变基础20-35
• 2.1.固态相变的定义20
• 2.2 固态相变的主要分类20-23
• 2.2.1 按热力学分类20
• 2.2.2 按平衡状态图分类20-22
• 2.2.3 按原子迁移情况特征分类22-23
• 2.2.4 按相变方式分类23
• 2.3 固态相变的特点23-24
• 2.4 固态相变的热力学24-27
• 2.4.1 相变驱动力24-25
• 2.4.2 相变势垒25-27
• 2.5 固态相变的形核27-30
• 2.5.1 均匀形核27
• 2.5.2 非均匀形核27-30
• 2.6 固态相变的晶核长大30-33
• 2.6.1 长大机制30-31
• 2.6.2 长大速度31-33
• 2.7 固态相变动力学33-34
• 2.7.1 形核率33-34
• 2.7.2 长大速率34
• 2.8 本章小结34-35
• 第三章 试验材料及方法35-46
• 3.1 试验材料35-37
• 3.2 试验方法37-44
• 3.2.1 焊接试验37-38
• 3.2.2 金相试验38-40
• 3.2.3 定量分析试验40-44
• 3.3 本章小结44-46
• 第四章 焊接热影响区固态相变和晶粒长大的计算机模拟46-63
• 4.1 焊接温度场模型的建立46-47
• 4.1.1 控制方程46
• 4.1.2 热源模型46-47
• 4.1.3 边界条件47
• 4.2.焊接热影响区固态相变模型的建立47-53
• 4.2.1 相变临界温度47-48
• 4.2.2 相变动力学模型48-50
• 4.2.3 焊接热影响区固态相变计算机模拟程序设计50-53
• 4.3 有限元计算模型的建立53-57
• 4.3.1 建立几何模型53
• 4.3.2 材料的热物理性能参数53-55
• 4.3.3 装配部件55
• 4.3.4 设定分析步55-56
• 4.3.5 边界条件56
• 4.3.6 施加载荷56
• 4.3.7 划分网格56
• 4.3.8 相变的影响56-57
• 4.4 焊接热影响区晶粒长大模型的建立57-62
• 4.4.1 蒙特卡洛正常晶粒长大模型57-59
• 4.4.2 焊接热循环曲线的计算59
• 4.4.3 焊接热影响区晶粒长大动力学59
• 4.4.4 蒙特卡洛时间步与真实时间-温度关系转换59-60
• 4.4.5 格点概率60
• 4.4.6 焊接热影响区晶粒长大程序设计60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 试验结果与分析63-79
• 5.1 焊接热影响区金相分析试验结果63-66
• 5.1.1 焊接热影响区金相图63-65
• 5.1.2 金相组织体积分数测定结果65-66
• 5.1.3 晶粒尺寸测定结果66
• 5.2 焊接温度场的计算机模拟结果66-69
• 5.2.1 焊接温度场计算结果66-67
• 5.2.2 焊接热循环计算结果67-69
• 5.3 焊接热影响区固态相变的计算机模拟结果69-74
• 5.3.1 焊接热影响区组织预测结果69-71
• 5.3.2 焊接热影响区固态相变模型验证71-74
• 5.4 焊接热影响区晶粒长大的蒙特卡洛计算机模拟结果74-77
• 5.4.1 焊接热循环曲线74
• 5.4.2 蒙特卡洛时间步与真实时间温度关系之间的转换74-75
• 5.4.3 焊接热影响区晶粒长大模拟结果75-77
• 5.4.4 焊接热影响区晶粒长大模型验证77
• 5.5 本章小结77-79
• 第六章 结论79-80
• 参考文献80-83
• 致谢83-84

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