直流磁場下鋁合金復(fù)層鑄坯制備與模擬研究.pdf

1、雙金屬復(fù)層材料作為一種新型材料，因具有高強(qiáng)度、耐腐蝕性以及良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱等綜合性能，而在航天、石油、機(jī)械化工、汽車、造船等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，是近年來材料科學(xué)的研究熱點之一。本文采用電磁制動技術(shù)控制金屬液的流動和凝固，使不同成分的兩種鋁合金液(3003/4004)直接凝固在一起，最終制得左右兩層性能不同的復(fù)層鋁合金鑄坯。
　　 為了驗證直流磁場對金屬液流動的制動效果，借助FluentTM軟件數(shù)值模擬了直流制動作用下雙流澆注過程

2、的流場情形。結(jié)果表明：水平電磁場可以有效抑制澆注入口金屬液流速度，減少其射流深度，同時還可以有效控制鑄型中心處出現(xiàn)的回流區(qū)。
　　 借助ANSYSTM軟件數(shù)值計算直流電磁發(fā)生器的三維磁場分布，結(jié)果表明:磁感應(yīng)強(qiáng)度隨著電流的增大而增大，當(dāng)電流強(qiáng)度為136A時最大磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到0.3T：磁感應(yīng)強(qiáng)度在板坯寬度(X)方向上分布比較均勻；磁感應(yīng)強(qiáng)度在拉坯(Y)方向呈現(xiàn)出“山峰”狀的分布，磁感應(yīng)強(qiáng)度峰值點出現(xiàn)在磁極中心處，并向兩邊衰減；磁感

3、應(yīng)強(qiáng)度在垂直板坯寬度(Z)方向呈拋物線形分布，磁感應(yīng)強(qiáng)度在結(jié)晶器壁有最大值。同時用特斯拉計對結(jié)晶器區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度做了相應(yīng)的測量，測量結(jié)果和數(shù)值計算結(jié)果吻合程度高。
　　 為確定連鑄工藝參數(shù)，借助F1uentTM軟件VOF多相流模塊，數(shù)值計算分析了水冷擋板熱流密度、澆注溫度以及拉坯速度對復(fù)層鑄坯連鑄過程的溫度場、液相率分布以及速度場的影響。結(jié)果表明：當(dāng)水冷擋板熱流密度小于2.5×105W/m2時，3003鋁合金側(cè)水冷擋板附近不能形

4、殼，當(dāng)熱流密度過大時兩側(cè)金屬液將把水冷擋板焊合使得拉坯不順利，都無法順利制備出復(fù)層鑄坯；澆注溫度應(yīng)該盡量低，但是當(dāng)澆注溫度過低時導(dǎo)致拉坯不順利；拉坯速度大于0.002m/s時兩種金屬液混合嚴(yán)重并且會有拉漏的現(xiàn)象出現(xiàn)。實驗測量并數(shù)值計算了4004側(cè)金屬液的液穴形貌，測量結(jié)果與計算結(jié)果吻合較好，驗證了模型的可信度。
　　 自行設(shè)計了電磁制動制備復(fù)層鑄坯的澆注系統(tǒng)以及水冷擋板等裝置。利用數(shù)值模擬結(jié)合試驗探索優(yōu)化設(shè)計的工藝參數(shù)，成功制得