脈沖磁場對鋁及鋁合金凝固控制.pdf

1、凝固組織很大程度上決定著鑄錠的性能，凝固組織的細(xì)化有利于鑄錠機(jī)械性能的提高。因此，探索細(xì)化金屬凝固組織的方法一直是金屬材料研究領(lǐng)域中重要的課題之一。脈沖磁場是最近幾年發(fā)展起來的一種處理金屬熔體的新型磁場，在凝固組織細(xì)化方面受到越來越多的關(guān)注。本文在研究探討脈沖磁場對純鋁凝固組織細(xì)化機(jī)理的同時，嘗試將脈沖磁場運(yùn)用到6063鋁合金的垂直半連續(xù)鑄造過程中。
　　將脈沖磁場應(yīng)用到工業(yè)純鋁的凝固過程中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同脈沖電壓、脈沖頻率條

2、件下純鋁凝固組織都得到很好的細(xì)化。未施加脈沖磁場時，純鋁的凝固組織為粗大的柱狀晶;當(dāng)施加脈沖磁場時，凝固組織為細(xì)小的等軸晶。為了更好的了解脈沖磁場對純鋁凝固過程的影響，將兩根K型熱電偶插入到熔體邊緣和中心部位，測量熔體的凝固曲線。結(jié)果表明:施加脈沖磁場以后，熔體邊緣與中心部位的溫度梯度減小，熔體內(nèi)溫度場趨于均勻。同時測量室溫條件下脈沖磁場對純鋁的焦耳熱效應(yīng)，通過測量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算可知脈沖磁場作用下焦耳熱的輸入值為0.17 W·cm-3。

3、相比結(jié)晶潛熱值8W· cm-3，脈沖磁場在細(xì)化純鋁凝固組織過程中產(chǎn)生的焦耳熱可以忽略不計(jì)。為了進(jìn)一步探索脈沖磁場的細(xì)化機(jī)理，將鋁液澆注到預(yù)熱溫度較低的石墨模具內(nèi)，控制邊緣溫度以形成不同厚度的凝殼，然后施加脈沖磁場。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)凝固殼層較薄時，脈沖磁場促使凝殼上端破碎，熔體中心部位為細(xì)小等軸晶與粗大等軸晶的混合組織。隨著凝固殼層厚度的增加，脈沖磁場將不再起作用。在模具不同位置施加脈沖磁場可知，脈沖磁場將在施加磁場位置以及施加位置以下將

4、產(chǎn)生很好的細(xì)化作用。
　　本文通過自主設(shè)計(jì)結(jié)晶器，將脈沖線圈置于結(jié)晶器內(nèi)，嘗試將脈沖磁場應(yīng)用到6063鋁合金垂直半連續(xù)鑄造過程中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在6063鋁合金垂直半連續(xù)過程中施加脈沖磁場，鋁合金的凝固組織得到很好的細(xì)化。在未施加脈沖磁場時，凝固組織為粗大的等軸晶;當(dāng)施加脈沖磁場時，凝固組織為細(xì)小的等軸晶，并且隨著脈沖電壓的增加，凝固組織細(xì)化越均勻。當(dāng)脈沖電壓增至700V、頻率為10Hz時，平均晶粒尺寸從原始的2000μ m減小到