鋁合金半固態(tài)電磁攪拌數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、金屬半固態(tài)成形技術(shù)具有組織致密、夾氣少，性能優(yōu)異、且屬于近終型成形，因此該技術(shù)在許多工業(yè)，尤其是在汽車工業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。同時(shí)金屬半固態(tài)成形技術(shù)又是一門跨傳熱學(xué)、流體力學(xué)，材料力學(xué)以及計(jì)算數(shù)學(xué)等多學(xué)科的材料加工制備的先進(jìn)技術(shù)，因而具有較高的理論研究?jī)r(jià)值。鋁合金半固態(tài)成形件由于具有重量輕，比強(qiáng)度高，且可回收利用的優(yōu)點(diǎn)，因此是研究最為廣泛的半固態(tài)成形金屬材料之一。 本研究的目的是通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬來(lái)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究找

2、出電磁攪拌過(guò)程中流體的運(yùn)動(dòng)特征和規(guī)律。 本文首先對(duì)電磁攪拌過(guò)程進(jìn)行建模及電磁場(chǎng)和流速場(chǎng)的耦合模擬，得到了電磁場(chǎng)分布和流速場(chǎng)分布。從電磁場(chǎng)分布情況來(lái)看，電磁場(chǎng)的磁感線在靠近線圈附近的區(qū)域最密集。從熔體表面向里，磁感線密度越來(lái)越小。而磁感線密度跟磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，所以磁場(chǎng)強(qiáng)度從熔體表面向里逐漸減小。從流速場(chǎng)分布情況來(lái)看，在熔體內(nèi)部豎直方向上存在兩個(gè)高度相等的漩渦，該結(jié)果與電磁攪拌的原理及實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致，因此模擬出的結(jié)果切合實(shí)際。熔體內(nèi)

3、部流動(dòng)速度最大值出現(xiàn)在熔體區(qū)域的右上角和右下角處，較大的流動(dòng)速度只出現(xiàn)在幾個(gè)節(jié)點(diǎn)處，其他大部分區(qū)域的流動(dòng)速度都比較均衡，熔體內(nèi)部的流動(dòng)速度最小值出現(xiàn)在中心附近。模擬中分別分析了流速場(chǎng)隨攪拌頻率、電流密度、攪拌時(shí)間、攪拌溫度和流體粘度改變而變化的基本規(guī)律。 確定了實(shí)驗(yàn)儀器以及實(shí)驗(yàn)參數(shù)，將ZL107熔化，并分別采用不同的攪拌頻率和功率進(jìn)行電磁攪拌。觀察幾種攪拌工藝下所得到的材料的顯微組織。在電磁力的作用下，熔體內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)