低頻電磁場(chǎng)半連鑄鋁合金微觀組織結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、本文主要利用光學(xué)顯微鏡、X射線、掃描電鏡和透射電鏡研究了常規(guī)鑄錠和電磁鑄造的Al-Cu和7075A1合金鑄錠，以及常規(guī)鑄錠和電磁場(chǎng)頻率為25Hz、電流強(qiáng)度分別為60、80、100A和電流強(qiáng)度為100A、電磁場(chǎng)頻率分別為15、25、35Hz作用下，高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu鋁合金鑄錠組織結(jié)構(gòu)的變化，并結(jié)合金屬凝固理論和磁流體力學(xué)，分析了低頻電磁場(chǎng)作用下熔體中電磁力的分布，以及熔體中流動(dòng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)的變化，討論了電流強(qiáng)度和電磁場(chǎng)場(chǎng)頻率影響凝固

2、組織的理論依據(jù)。 首先，通過(guò)對(duì)低頻電磁場(chǎng)作用下熔體中磁感應(yīng)強(qiáng)度和電磁力進(jìn)行描述和分析，得出電流強(qiáng)度大小與電磁力大小成正比，電流頻率大小影響電磁力的分布。在低頻范圍內(nèi)，適當(dāng)頻率可以使電磁力成一定梯度分布于熔體內(nèi)部，得到速度和強(qiáng)度較好的強(qiáng)制對(duì)流。 通過(guò)對(duì)常規(guī)和電磁鑄造的Al-Cu和7075A1合金鑄坯組織的研究，發(fā)現(xiàn)電磁鑄造的錠坯晶粒細(xì)化，7075鋁合金的晶粒大小分布比較均勻，枝晶臂間距縮短；合金的擇優(yōu)取向發(fā)生變化，并且基體

3、A1點(diǎn)陣常數(shù)變小，可以推測(cè)Cu在基體中的溶解度增大。 通過(guò)對(duì)高強(qiáng)Al-Zn-Mg-Cu合金鑄錠在不同電流強(qiáng)度和頻率下組織結(jié)構(gòu)的詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)在電磁場(chǎng)頻率為25Hz時(shí)，隨電流增大，晶粒越細(xì)小。電流強(qiáng)度為100A、電磁場(chǎng)頻率為25Hz時(shí)，晶粒細(xì)化最明顯；電磁場(chǎng)有利于消除高強(qiáng)鋁合金的擇優(yōu)取向；隨電流強(qiáng)度增大溶質(zhì)元素分布更加均勻，宏觀偏析減輕；電磁場(chǎng)使晶內(nèi)析出相尺寸減小，形態(tài)由常規(guī)鑄錠的片狀轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀，并且存在亞穩(wěn)η/相，晶界兩側(cè)無(wú)析

4、出帶寬度變窄。電流強(qiáng)度為100A、頻率為25Hz時(shí)，晶界兩側(cè)無(wú)析出帶寬度最窄，為100nm左右。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電流為100A時(shí)，與頻率15Hz和35Hz相比，25Hz是獲得較好凝固組織的最佳頻率。 結(jié)合金屬凝固理論和電磁細(xì)晶鑄造熔體中流動(dòng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)變化，得出電磁鑄造使鋁合金錠坯晶粒尺寸減小的主要原因是：電磁場(chǎng)作用使過(guò)冷度增大，臨界晶核半徑r'k’和形核功△G'k都減小，有利于形核；強(qiáng)制對(duì)流作用使液-固混合物保持流動(dòng)，并

5、在生長(zhǎng)的枝晶上產(chǎn)生機(jī)械剪切作用，使枝晶上脫落下來(lái)的碎塊漂浮在熔體中，成為熔體中心的新晶核，提高晶核數(shù)目；熔體內(nèi)溫度梯度減小，減小成分過(guò)冷現(xiàn)象，使晶粒處于一個(gè)相對(duì)均勻的生長(zhǎng)環(huán)境中，消弱了枝晶的生長(zhǎng)條件；電磁攪拌作用打碎了樹(shù)枝晶，枝晶碎塊之間以及它們與液體之間的碰撞、摩擦和沖刷，也會(huì)抑制了枝晶的生長(zhǎng)，使等軸晶增多。 強(qiáng)制對(duì)流作用促使溶質(zhì)元素均勻分布，減少偏析現(xiàn)象；溶質(zhì)分配系數(shù)增大，提高了溶質(zhì)原子在基體中的固溶度。 電磁場(chǎng)促使