再生复合材料熔体中未熔WC颗粒在离心场中运动规律的研究

摘要

WC颗粒增强复合材料的性能与WC颗粒在材料中的分布情况密切相关，为了预测废旧 WC增强复合材料重熔熔体中未溶 WC颗粒在离心铸造过程中的分布规律，本文首先根据牛顿力学等知识建立了离心铸造过程中未溶 WC颗粒在Fe-C合金熔体中迁移的数学模型，通过对此模型的研究，建立了重熔熔体中未溶 WC颗粒迁移的数学方程，并分析了影响 WC颗粒迁移规律的主要因素。结果表明，未溶 WC颗粒尺寸，浇注温度，离心转速等参数的增加，都能大幅提高离心力场下未溶 WC颗粒在 Fe-C混合熔体中的迁移速度，其中以离心转速对WC颗粒的迁移影响最大，不同尺寸的WC颗粒在迁移过程中会发生追着现象，直径大的颗粒能赶超直径小的颗粒，最终直径大的颗粒分布在轧辊（环）最外层；根据WC颗粒在离场下的迁移方程，应用连续性理论，建立了柱坐标下WC颗粒分布的数学物理模型，推导出以 WC颗粒体积分数为变量的数学方程，并用数值分析的方法求出了数学方程的数值解，得出了在不同温度、不同离心转速和不同初始体积分数下未溶WC颗粒在复合材料环试样中的分布规律，根据WC颗粒实际分布的 SEM照片分析，验证此模型的可靠性。在 WC颗粒理论迁移分布规律的基础上，分析了 WC颗粒在环形铸件轴向分布不均匀性的原因，提出了改进措施，对再生复合材料的制备提供理论参考。对改善 WC颗粒在轴向分布的不均匀性和再生复合材料的实际应用具有重大的经济效益。

目录

第1章 绪 论

1.1研究的背景

1.2金属基复合材料的特点及发展现状

1.3离心铸造法制备复合材料的理论基础

1.4描述离心场中颗粒运动规律的意义及研究现状

1.5本课题研究的意义

1.6本课题研究的主要内容

第2章 WC颗粒在熔体中迁移模型的建立

2.1铸型转速的选择方法

2.2未溶WC颗粒迁移模型的建立

2.3本章小结

第3章 WC颗粒在离心场中迁移规律的分析

3.1 Fe-C合金熔融体的凝固时间的计算

3.2未溶WC颗粒尺寸对其迁移规律的影响

3.3浇注温度对增强颗粒运动的影响

3.4离心机转速对WC颗粒迁移的影响

3.5离心场中未溶WC颗粒的追逐现象

3.6本章小结

第4章 未熔WC颗粒在再生复合材料中分布规律的研究

4.1 WC颗粒分布数学模型的建立

4.2方程求解

4.3结果分析

4.4本章小结

第5章 再生复合材料制备过程中的存在的问题及分析

5.1制备出的再生复合材料中存在的问题

5.2产生此现象原因的分析

5.3解决方案

5.4本章小结

第6章 结 论

参考文献

附录A 体积分数计算程序

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果