鋁板坯熱頂—電磁鑄造工藝研究.pdf

1、鋁板坯熱頂一電撇鑄透工藝研究摘要電磁鑄造過程中金屬液柱在自由表面狀態(tài)下凝固，是真正的無模鑄造，極大地改善了鑄錠的表面質(zhì)量。但是，由于電磁鑄造中的電磁攪拌作用以及澆注沖擊使液柱表面氧化膜被破壞并不斷形成新的氧化膜，導(dǎo)致電磁鑄造鑄錠表面和內(nèi)部產(chǎn)生氧化夾雜，并增加了鑄錠的含氣量。本文在鋁板坯電磁鑄造中應(yīng)用熱項電磁鑄造思想，進行了實驗和模擬研究，得到具有一定指導(dǎo)意義的研究結(jié)果:1.設(shè)計了一整套鋁板坯熱頂一電磁鑄造裝置，設(shè)計了多種屏蔽罩結(jié)構(gòu)，測量

2、了相關(guān)條件下的磁感應(yīng)強度分布，研究了磁場的分布規(guī)律，確定了實驗所需的電源功率以及實驗的凝固界面位置2.實驗表明，對開式屏蔽罩與整體式屏蔽罩相比，既有效地抑制了液柱頂部磁場，保證液柱的穩(wěn)定，又不明顯削弱液一固界面區(qū)域的磁感應(yīng)強度，有利于實現(xiàn)半懸浮成型條件3.進行了大量的拉坯實驗，確定了澆注溫度、液柱高度和冷卻水量等相關(guān)工藝參數(shù)，鑄造出光滑的鑄錠，發(fā)現(xiàn)夾雜均被熱頂滯留在鑄錠的頂面，被阻止進入鑄錠內(nèi)部和表面，證明熱頂確實有效消除了鑄錠的夾雜缺

3、陷4.對熱頂一電磁鑄造鑄錠試樣進行含氣量分析，發(fā)現(xiàn)試樣的含氣量比普通連續(xù)鑄造、電磁鑄造和電磁連鑄的試樣的含氣量均低，從另一方面證明了熱頂增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，起到了截留夾雜的效果5.對鋁圓錠熱頂一電磁連鑄技術(shù)進行了相關(guān)實驗研究，確定了合理的工藝參數(shù)，制作出表面優(yōu)于電磁連鑄的鋁圓錠6利用有限元軟件，對鋁扁錠熱頂一電磁鑄造系統(tǒng)磁場進行了數(shù)值模擬計算。關(guān)鍵詞:電磁鑄造，熱頂，夾雜，含氣量，磁場，數(shù)值模擬鋁板坯熱頂一電磁鑄造工藝研究1前言1.1引

4、言材料科學(xué)是現(xiàn)代文明的三大支柱之一，是國民經(jīng)濟及其它技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。新材料科學(xué)技術(shù)的目的是人工制造超高溫、超高壓、超高強度、高速信息傳輸和常溫下表現(xiàn)出超導(dǎo)等特殊性能的材料。在材料加工領(lǐng)域，開發(fā)新技術(shù)，采用新工藝是提高材料性能和制備新材料的前提，電磁成型及加工技術(shù)是重要的手段之一。計算機在材料加工工程中的應(yīng)用縮短了研究時間、降低了研究成本，從而促進材料科學(xué)的發(fā)展。在成型過程中，計算機已經(jīng)在工藝輔助設(shè)計、鑄造過程模擬和缺陷分析及凝固組

5、織預(yù)測等多方面得到應(yīng)用。在電磁加工領(lǐng)域充分利用計算機輔助技術(shù)必將促進電磁加工技術(shù)的推廣和發(fā)展。1.2我國鋁工業(yè)的現(xiàn)狀和前景鋁是一種年輕的金屬，從1825年丹麥科學(xué)家奧斯式(H.C.Oersted)宣布其誕生到現(xiàn)在不到200年。鋁在金屬元素中儲量最大，鋁的表面與氧反應(yīng)生成質(zhì)地堅硬，具有隔離大氣、保護內(nèi)部金屬作用的氧化膜。鋁密度小，只有鋼鐵的三分之一，且具有耐腐蝕、導(dǎo)電性、延展性好、比強度和比剛度高、彈性好、抗沖擊性能好、無毒、外觀漂亮、價

6、格適中等特點。由于鋁具有上述優(yōu)點，鋁工業(yè)發(fā)展十分迅速，1940年全球的鋁產(chǎn)量僅為100萬噸，1970年猛增至1000萬噸，2000年已超過2400萬噸(0，預(yù)計到2004年可達到3000萬噸左右。鋁被稱為第二大金屬、儲能銀行，還被譽為21世紀的綠色環(huán)保工程材料，是一個可持續(xù)發(fā)展的好產(chǎn)業(yè)R1。鋁被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，據(jù)國家經(jīng)貿(mào)委規(guī)劃司的資料顯示:鋁工業(yè)是產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度較高的產(chǎn)業(yè)，在我國現(xiàn)有124個產(chǎn)業(yè)中，有113個使用鋁產(chǎn)品，占91%其中的1

7、01個物質(zhì)生產(chǎn)部門，有%個產(chǎn)業(yè)部門消耗鋁冶煉產(chǎn)品或壓延產(chǎn)品，占95%。鋁消費的主要領(lǐng)域有建筑、機械、包裝和能源，約占總量的78.3%(1a90年代以后，全球現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展對環(huán)境保護和節(jié)約能源的要求越來越高，鋁材和鋼材相比更好的符合了這方面的要求，成為解決相關(guān)問題的理想材料。鋁材廣泛應(yīng)用于交通運輸工業(yè)，目前，交通運輸己成為鋁及鋁材的第一大用戶，消耗量占全球鋁產(chǎn)量的30%以上(4512000年日本本田公司將其研制成功的新型節(jié)油鋁汽車推向市場，

8、這種汽車的重量只有800kg。自建國以來，經(jīng)過50多年的發(fā)展，我國鋁加工工業(yè)從無到有，得到了長足的發(fā)展。1954年建成第一座氧化鋁廠和第一座鋁電解廠，1956年建成第一座大型鋁加工廠[(61，自此形成完整的鋁工業(yè)體系。過去的十多年里，我國市場對鋁的需求量增長迅速。1990年我國電解鋁消費量76萬噸，2001年原鋁產(chǎn)量342萬噸，占世界產(chǎn)量的14%，而2002年達到415萬噸，年均遞增率超過16%，高于同期國內(nèi)電解鋁產(chǎn)量13.3%的年均遞