行波磁場(chǎng)作用下ZL205A合金凝固組織及缺陷形成規(guī)律.pdf

1、ZL205A是強(qiáng)度高、綜合性能較好的鑄造鋁合金，同時(shí)還具有良好機(jī)械加工性能，是航空航天以及汽車工業(yè)領(lǐng)域的重要結(jié)構(gòu)材料。但是 ZL205A合金鑄造性能較差，大型鑄件生產(chǎn)過(guò)程中易形成疏松、偏析等缺陷，疏松與偏析成為影響該合金大型鑄件性能的主要缺陷。開(kāi)發(fā)或者完善現(xiàn)有的鑄造工藝，避免疏松和偏析缺陷的發(fā)生，對(duì) ZL205A合金在大型鑄件上的應(yīng)用具有重要的意義。本文利用行波磁場(chǎng)在合金熔體中產(chǎn)生的特殊作用力，對(duì)合金溶質(zhì)分布以及凝固補(bǔ)縮產(chǎn)生作用，達(dá)到消

2、除比重偏析、增加凝固補(bǔ)縮的目的。
　　通過(guò)數(shù)值模擬，分析了勵(lì)磁電流強(qiáng)度、勵(lì)磁電流頻率等行波磁場(chǎng)控制參數(shù)和鑄件位置、鑄件壁厚等鑄件的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)鑄件內(nèi)各位置的電磁力和平均電磁力密度的影響規(guī)律。各位置處的電磁力及鑄件的平均電磁力密度與勵(lì)磁電流強(qiáng)度的平方呈線性關(guān)系，隨著勵(lì)磁電流強(qiáng)度的增加，各位置處的電磁力及鑄件的平均電磁力密度迅速增加。隨著勵(lì)磁電流頻率增加，各位置處的電磁力及鑄件的平均電磁力密度均存在極限值，其數(shù)值先增加后減小。隨著鑄件與

3、行波磁場(chǎng)發(fā)生器相對(duì)距離和鑄件壁厚的增加，各位置處的電磁力及鑄件的平均電磁力密度均明顯地減小，分布趨向平緩。
　　以衰減系數(shù)表示電磁力在合金熔體內(nèi)衰減速度，衰減系數(shù)越大，合金熔體內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生的電磁力衰減速度越快。建立了與衰減系數(shù)相關(guān)的電磁力空間分布函數(shù)，并基于此函數(shù)建立了行波磁場(chǎng)對(duì)合金熔體壓力梯度和流場(chǎng)的影響模型。研究了平均電磁力密度、衰減系數(shù)表示的電磁力在不同壁厚鑄件的合金熔體流動(dòng)的速率分布以及臨界零速率位置的影響規(guī)律。隨著平均電磁

4、力密度的增加，行波磁場(chǎng)引起的合金熔體的速率呈線性增加；隨著衰減系數(shù)的增加，合金熔體的形成環(huán)流的流動(dòng)速率先增加后減小，也就是流動(dòng)速率存在極值，隨著鑄件壁厚以及電磁力衰減系數(shù)的增加，臨界零速率位置逐漸向行波磁場(chǎng)發(fā)生器一側(cè)偏移。
　　ZL205A合金是多組元多相合金，其凝固過(guò)程中出現(xiàn)的各相比重存在差異，很容易由于各相受力不均形成相的偏聚，甚至形成偏析缺陷。各相的電導(dǎo)率也存在較大差異，在電磁場(chǎng)作用下也會(huì)出現(xiàn)類似的現(xiàn)象。偏析現(xiàn)象主要表現(xiàn)為溶

5、質(zhì)和相分布不均勻，本文先以 ZL205A合金中的溶質(zhì) Cu為研究對(duì)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，行波磁場(chǎng)的勵(lì)磁電流強(qiáng)度的越大，成分分布的越均勻。進(jìn)一步對(duì)容易形成比重偏析的相進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，行波磁場(chǎng)的勵(lì)磁電流強(qiáng)度越大，相分布得越均勻，相應(yīng)形成的晶粒尺寸也比較均勻。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)這是由于行波磁場(chǎng)在合金熔體內(nèi)形成的電磁力誘發(fā)了合金熔體的流動(dòng)，隨著熔體流動(dòng)速率的增加，相間粘滯力超過(guò)各相之間電磁力和比重的差異，使得 ZL205A合金鑄件的凝固組織，隨著流動(dòng)速

6、率的增加各相的分布也更加均勻。
　　對(duì)不同壁厚鑄件在凝固過(guò)程中施加行波磁場(chǎng)，研究了行波磁場(chǎng)對(duì) ZL205A合金鑄件密度、凝固組織、抗拉強(qiáng)度和延伸率以及斷口形貌等方面的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，行波磁場(chǎng)可以明顯地促進(jìn)合金的凝固補(bǔ)縮過(guò)程；其補(bǔ)縮效果與鑄件壁厚、行波磁場(chǎng)方向有關(guān)，合金熔體內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生的電磁力與合金熔體補(bǔ)縮方向相同時(shí)可以促進(jìn)補(bǔ)縮過(guò)程進(jìn)行；對(duì)于一定壁厚的鑄件，存在最佳的勵(lì)磁電流強(qiáng)度，超過(guò)這個(gè)強(qiáng)度后，行波磁場(chǎng)對(duì)凝固補(bǔ)縮的促進(jìn)作用逐漸減