立式筒形行波磁場作用下鋁合金凝固組織研究.pdf

1、鋁合金由于其低密度、高比強度等顯著特點,在交通運輸工具、日常生活器具、傳統(tǒng)裝備領(lǐng)域等材料的選擇上占有舉足輕重的地位。然而鋁合金鑄件中存在著凝固組織粗大、氣孔、疏松、偏析等缺陷使其越來越難以滿足某些領(lǐng)域的需求,而外加電磁場在材料加工領(lǐng)域的應(yīng)用,為制備新型的高性能鋁合金提供了新的思路。
　　本文以致密化并細化組織,同時去除熔體中氣體及夾雜物為目的。基于對平面行波磁場感應(yīng)器磁場分布的研究設(shè)計并制造了立式筒形行波磁場感應(yīng)器。結(jié)合數(shù)值模擬與

2、實驗測量的方法研究了筒形行波磁場感應(yīng)器內(nèi)部磁感應(yīng)強度分布、金屬熔體受力和流動情況;最后通過了高能 X射線斷層掃描技術(shù)研究了電磁力和金屬熔體的流動對鋁合金凝固組織及缺陷的三維形貌的影響。上述研究為行波磁場在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。
　　筒形行波磁場感應(yīng)器內(nèi)部磁感應(yīng)強度在面距較小時起伏劇烈,反之分布變得均勻;磁感應(yīng)強度隨著面距的增大呈指數(shù)規(guī)律衰減;磁感應(yīng)強度隨著輸入電流安匝數(shù)的增加呈線性關(guān)系遞增;磁感應(yīng)強度各方向上的分量Br和

3、Bz受磁感應(yīng)器結(jié)構(gòu)所決定,Br的極大值始終位于齒冠上，而Bz的極大值始終位于齒槽上;添加回磁鐵芯可以有效地增強Br,衰弱Bz。
　　通過數(shù)值模擬得到電磁力以及金屬熔體流動的規(guī)律。金屬熔體所受電磁力和流速均隨著輸入電流安匝數(shù)的增大而呈拋物線規(guī)律增大,兩者均受電源頻率的影響,但兩者有著不同的規(guī)律?；卮盆F芯可以影響金屬熔體所受電磁力的分布,使得Fr減弱,Fz增強,而在本實驗所用鑄型情況下,回磁鐵芯對金屬熔體的流動影響甚微。
　　通

4、過對行波磁場作用下純鋁凝固組織的研究發(fā)現(xiàn),施加行波磁場促使純鋁凝固凝固組織由柱狀晶逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶,并且有效地細化純鋁凝固組織。晶粒尺寸隨著磁感應(yīng)強度的增加先減小再增大,說明行波磁場存在一個臨界值,當磁感應(yīng)強度達到臨界值時細化效果最明顯。同時并不是行波磁場作用時間越長細化效果越好,綜合考慮電磁場熱效應(yīng),本實驗條件下最佳的作用時間為液態(tài)降溫階段后期和凝固階段前期。
　　在行波磁場對于凝固組織缺陷影響方面,施加行波磁場可以有效地去除熔

5、體中所含氣體并致密化凝固組織。在鋁合金凝固過程中施加行波磁場理論上可以有效地減小氣泡的臨界形核半徑,促進氣泡的非均質(zhì)形核,同時加劇了熔體中氣泡的排出。施加行波磁場可以有效地改善鋁合金凝固組織中的孔洞,促使微觀孔洞的形貌由復(fù)雜的樹枝狀轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S狀,并且微觀孔洞的體積分數(shù)隨著磁感應(yīng)強度的增大而減小,使得試樣從上而下致密度越來越高,且微觀孔洞曲面的平均曲率隨磁感應(yīng)強度的增大而增大。
　　實驗研究了行波磁場作用對鋁硅合金凝固組織的影響。在

6、Al-10.3wt.％Si合金中,施加行波磁場可以使初生鋁形貌由樹枝晶向等軸晶轉(zhuǎn)變,且等軸晶的尺寸隨著磁感應(yīng)強度的增大而減小,分布也越發(fā)均勻。通過高能 X射線斷層掃描再現(xiàn)了共晶硅的三維片狀結(jié)構(gòu),片狀共晶硅在行波磁場作用下得到了細化,并且磁感應(yīng)強度存在一個臨界值,共晶硅的面體比隨著磁感應(yīng)強度的增大先陡增然后平緩增大,當磁感應(yīng)強度為臨界值時此時面體比值最大,過了臨界值后,面體比有所降低;此外共晶硅的長度、寬度以及厚度均隨著磁感應(yīng)強度的增大先