从汽车工业来看铝合金的发展[ 03-20 15:53 ]

汽车工业作为一个技术密集型的产业，具有发展历史悠久、涉及行业广、产业链长、技术要求高、就业面广、消费拉动大等特点，是衡量一个国家科技创新能力、经济实力和工业化水平的重要标志，在我国经济发展中占有着重要的位置。与世界汽车工业发展相比，我国汽车产业起步较晚，其中汽车零部件工业是我国汽车工业中相对薄弱的环节。近十年来，随着我国经济高速增长，汽车消费市场突破明显，汽车产量大幅上升，截止2014年我国汽车产量连续六年居全球首位，是世界产量最大、增长最快的汽车市场。图1-1为我国20002014年汽车总产量变化趋势图。随着中国

铝合金锻造工艺方案优化与设计[ 03-20 15:08 ]

由上一节的模拟分析可知，增加一次墩粗和拔长对增大坯料金属变形量的效果是显著的，特制定方案二为最终锻造方案，具体锻造步骤见表5.1。式中H0是墩粗前高度，H1为墩粗后高度，D为拔长前直径，L为拔长后长度。

铝合金锻造工艺方案模拟与分析[ 03-20 14:41 ]

图5.4给出了在第一次墩粗后截面的等效应变应力分布图，墩粗后的高度为250mm,从图中可以看出，锻件截面有效应变大部分区域能达到0.7左右，特别是截面中心区域有效应变明显比周围要大，同时大部分区域的应力达到50MPa左右，说明墩粗达到了使锻件充分变形的目的。图5.5给出了在第一次拔长以后的等效应变应力分布图，从图中可看出，在经过一轮拔长之后，坯料的有效应变有了大幅度的增加，尤其是中心区域几乎达到3.0左右，而表面区域也达到2.15左右，大部分的应力也都能达到42.0MPa左右，可以说明拔长工艺能增大坯料变形，使其变

铝合金锻造工艺的方案与模拟参数[ 03-19 10:05 ]

要模拟的是一个复杂的多向锻造过程，整个过程运用 Deform-3D 有限元模拟软件模拟，建立如图 5.1 所示的有限元模型。原始坯料尺寸为 Φ250×500，最终锻件大厚板尺寸为 580（LT）×410（L）×100（ST）。锻造方案的工艺流程见图 5.2，对设计的锻造方案进行模拟，锻造模拟过程中包括镦粗、拔长、滚圆、压扁打方、平整等步骤，这些步骤的目的就是为了让坯料充分变形，以此来达到消除铸造组织缺陷、改善坯料心部死区变形等情况。在模拟过程中，模拟导入第三章求出的流变应力本构方

变形温度对组织的影响[ 03-19 09:05 ]

图4.4所示为在应变量0.7、应变速率0.01s-1及不同变形温度条件下该A1-Zn-Mg-Cu合金的组织形貌。从图4.4中可以看出，组织在不同的变形温度条件下均沿垂直于压缩方向被拉长，第二相颗粒也沿着该方向呈流线型分布于晶界和晶内，整体呈现出典型的锻态变形组织。当变形温度达到300℃~400℃时，由于相对较低的变形温度是不利于晶界之间的移动，导致再结晶孕育期延长，从而会引起再结晶晶核形成和生长速度的放慢，所以显微组织中一般没有明显的再结晶晶粒，合金仅发生了动态回复，如图4.4 (a)-(c);当变形温度达到450

原始材料均热态组织及分析[ 03-19 08:05 ]

铝合金均匀化处理后的组织如图 4.1 所示。图 4.1（a）为合金均匀化后的 OM 形貌，从图中可见，合金均匀化后晶粒粗大，平均尺寸约为 65μm。图 4.1（b）为合金均匀化后的 SEM 微观形貌，从图中可见，均匀化处理后第二相发生溶解，但在晶界区域还残留有部分未溶解的第二相，如图 4.1（b）所示，随后对这些残余相进行能谱分析，结果如图 4.2 所示。新型铝合金均匀化处理后的 X-ray 物象分析结果如图 4.3 所示。从图 4.2 中可以看出，第二相内含有 Al、Zn、Mg 和 Cu 这四种元素，Cu 的含量

混合搅拌器的方法操作的转速条件[ 03-18 10:05 ]

现欲确定中试以及工业尺度生产工艺条件，对于不同的搅拌过程和搅拌目的，分别有固定雷诺数、单位体积功率、叶片端部切向速度等准则，本文因放大过程中流体物性未发生改变，过程主要依赖于流动的湍动强度，故可采用保持单位体积功率Pv相等的放大方法。通常，可由搅拌功率的计算公式推导出充分湍流区域小型和大型搅拌器之间应满足式(5-1)的数值关系，但由于桨叶形式的差异，小釜与大釜的功率准数不同，故不能直接采用式(5-1)进行计算。仍需通过计算搅拌功率P与釜内所装液体量V。的比值，求解得到大釜的转速。由第4章可知，欲得到较好的搅拌效果与

40m3搅拌槽的结构参数[ 03-18 09:05 ]

40m3工业搅拌釜的结构形式与小试及中试装置基本一致，主体为圆柱体，底部为附有圆锥的改进碟形底。搅拌槽内部均匀分布着四块挡板。搅拌反应器直径T=3500mm最终静液位HL=3500mm，挡板宽度W=350mm。两层搅拌桨叶由下至上分别为DT 6和PBTD45，叶片直径dj为1400mm。桨叶详细设计参数参考《搅拌与混合设备设计选用手册》，其中DT-6叶片的宽度、高度和厚度分别为350mm, 280mm和14mm，圆盘直径930mm; PBTD45桨叶的高度和厚度为150mm, 16mm。底层桨叶离底距离C=860m

1m3搅拌槽的结构参数[ 03-18 08:05 ]

1m3中试搅拌反应器主体为圆柱体，底部为改进的碟形底，在标准碟形底的基础上增加了一小圆锥，其轴截面为正三角形。搅拌槽内部均匀分布着四块挡板。搅拌反应器直径T=1000mm，最终静液位高度HL=1 000mm，挡板宽度W为100mm。两层搅拌桨叶由下至上分别为DT 6和PBTD45，叶片直径呜为400mm。桨叶详细设计参数参考《搅拌与混合设备设计选用手册》，其中DT-6叶片的宽度、高度和厚度分别为100mm} 80mm和6mm，圆盘直径27Qmm; PBTD4S桨叶的高度和厚度为40mm. 1 0mm。底层桨叶离底距

混合搅拌器的微观混合时间分布[ 03-17 10:05 ]

由图4.6可知，转速在50~150rpm下，存在大面积的微观混合较慢区域，混合时间在0.8s以上。其他各体系最快微观混合均出现在DT 6桨叶附近，最短微观混合时间不到0.03 s。随着转速的增加，颗粒逐渐悬浮，DT-6附近的微观混合良好的区域越来越大;当颗粒均匀悬浮时，增加趋势更加明显，同时两层桨叶间的微观混合时间也逐渐缩短，说明在这些区域内流体可快速发生微观混合。但随转速增加，PBTD45与搅拌轴间的微观混合时间逐渐减小，而PBTD45与壁面之间的微观混合时间却有上升趋势。由于t微观与ε之间成反比关系，该现象可由

混合搅拌器湍动能分布[ 03-17 09:05 ]

由图4.5可知随着转速的增加，高湍动能区域面积逐渐增大，其中桨叶附近的湍动能增加最为明显，由0.002m2/s2增大至0.020m2/s2。两层桨叶间的湍动能也随转速增加而变大，由0.003m2/s“增大至0.006m2/s2。其中，上层桨叶上方在150一 345rpm下有一高湍动能区，但当转速上升至400rpm和SOOrpm时却消失不见，究其原因可能是速度矢量变化所致。如图4.4所示，转速为150}345rpm时PB TD45上方流体运动速度相比50100rpm虽有所增加，但其流动方向仍较为混乱，且P

混合搅拌器的内部速度分布[ 03-17 08:05 ]

由图4.4可知，50~100rpm体系速度矢量极为混乱且流体运动速度较小，速度不足0.5m/s，这是由于低转速难以使流体强制流动，釜内流型还未完全形成所致。而其他各体系均有趋势明显的速度分布，上层的PBTD45为轴向流桨，桨叶末端形成向下的速度漩涡，下层DT-6桨叶末端流体向壁面扩展，撞击壁面后分成两股，一部分沿壁面向上流动，一部分沿壁面向下流动，然后转向流回桨叶区。这与PBTD45和DT-6桨叶的实际流动特征相符。随搅拌速度的增加，流体速度也有明显地增加，上层和下层桨叶的速度分别增至1.0m/s和3.0m/s。各

混合搅拌器在不同转速中的浓度分布[ 03-16 10:05 ]

由图4.1可发现50-150rpm体系存在明显的颗粒堆积和清液层，这是由于50rpm时，反应器底部速度极低，约为0.05~0.09m/s，不足以使固体铬黄颗粒悬浮；随着转速逐渐增加至200rpm左右，底部区域内液体运动速度随之增大，约为0.68~0.90m/s，颗粒逐渐悬浮直至达到均布。图4.2表明在200-500rpm转速下，且σ<20%分散度稳定在1左右说明固体颗粒已均勾悬浮。分析各体系的轴向浓度分布亦可直观得到相同结论，如图4.3所示，50~150rpm体系的颗粒分散度有明显的梯度分布，而其它体系的分散

搅拌混合器的临界悬浮转速[ 03-16 09:05 ]

临界悬浮转速是指搅拌釜内悬浮操作达到某一指定的悬浮状态时，搅拌器所需的最小转速。(a)完全离底悬浮临界转速完全离底悬浮转速常见的测定方法有电导法和直接观察法。Zwietering通过大量实验研究后发现，临界搅拌转速与固一液相的密度差、固相密度、粒径、液相粘度、液相密度等物性条件有关，还和搅拌器、搅拌槽的几何关系有关，最早提出完全离底悬浮临界转速关联式，即式(2-20 )：式中Nc-完全悬浮临界转速，s-1;  Ko-与搅拌器的型式、搅拌槽的结构、所用单位有关的常数;ds-固相颗粒直径，m;  X

搅拌混合器的宏观混合时间[ 03-16 08:05 ]

混合时间可定义为搅拌体系达到一定均匀程度的耗时。流体搅拌混合效果和搅拌设备效率常常用混合时间来表征与评价，混合时间还常用于指导搅拌设备的设计和放大。槽径、桨型、桨叶直径还有桨叶的安装高度等参数对混合时间都会产生影响。通常测量混合时间的方法有电导率法、光学法、温差法等。测量时通常需在搅拌槽某处加入示踪物，可以是化学物质、电解质或感温材料。示踪物随时间的延续，分散在整个反应器的各处并与其他物质进行混合，最终得到均匀的浓度分布。期间，使用传感器测量示踪物质浓度随时间的变化。

搅拌反应器的桨叶尺寸与位置[ 03-15 10:05 ]

各搅拌器的主要尺寸和搅拌容器的内径存在着一定的比例关系。为得到良好的搅拌效果，桨叶的尺寸必须按一定的比例进行确定，同时还需要考虑到桨叶在容器内的位置和液面高度[f2}1。搅拌器在容器内的具体尺寸见表2.3。

搅拌反应器的搅拌功率[ 03-15 09:05 ]

常见的搅拌功率计算方法有四种，分别是算图法、公式法、实验推荐值法和通过搅拌等级计算功率的方法[f2}1。经验公式算法也有很多，通常选用式(2-19 )来计算功率:式中:P-搅拌器功率，W; NP一功率准数，与流动状态相关;P一物料密度，kg/m3 ; n-搅拌转速，s-1 ; dj一搅拌器直径，m。单位体积物料的平均搅拌功率推荐值见表2.2。

搅拌反应器槽体的高径比[ 03-15 08:05 ]

槽体高径比通常具有一定的比例范围，如果减小高度而增大直径，搅拌桨叶直径也随之增大，在固定转速下，搅拌器功率与桨叶直径的5次方成正比，所以罐体高径比减小时，搅拌器功率增加。为了减小搅拌器功率，高径比可以取得大一些。高径比还会影响对夹套传热效果。当容积一定时，高径比值大，则传热表面距离槽体中心较近，物料温度梯度小，对提高传热效果十分有利。从传热角度考虑，高径比应考虑取大一些。根据实际经验，几种搅拌反应器槽体的高径比如表2.1所示。

搅拌反应器的主要附件[ 03-14 10:05 ]

1)挡板挡板能够将环向流动转变为轴向和径向流动，从而影响流体流型，增大被搅拌液体的湍动程度，增强搅拌。搅拌槽内设置于任何位置的静止部件都可构成挡板。挡板主要分为两类:最常见的挡板形式是壁挡板，通常垂直置于槽壁上;此外一些位置、形状各异，有底挡板、表面挡板等，统称为特殊挡板。挡板块数常为2~6，视具体情况而定。2)导流筒导流筒是一个包围着桨叶的圆筒，常用于推进式和螺杆式搅拌器。导流筒的存在限制了流体的流动路线，使桨叶排出的液体在导流筒内、外形成上下的循环流动，得到更大的液流速度和循环量，从而提高搅拌效果。3)气体分布

清洗釜之搅拌器[ 03-14 09:05 ]

搅拌器使不同介质均匀混合，提高化学反应、传质、传热速率的目的。常见的搅拌器形式有桨式、涡轮式、推进式、螺杆式、螺带式、锚式和框式等。将桨叶根据排液方向分为径向流和轴向流两大类，前者主要有平叶的桨式和涡轮式，后者包括螺旋面叶的推进式、螺杆式等。