脈沖電流處理鐵基合金的凝固組織特性研究.pdf

1、本文研究了脈沖電流對(duì)共晶Fe70Cr18Ni12合金和亞共晶FeMnMoC合金(ZGMn13Mo2鋼)凝固組織的影響，以及0Cr18Ni7Mn5Mo2鋼在高密度間歇直流電作用下的凝固組織特性。并利用ANSYS軟件對(duì)脈沖電流處理金屬熔體的凝固過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。 首先設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)高頻率高能量密度脈沖電流發(fā)生裝置，使其最高充電電壓為50kV，放電峰值電流為80kA，并且整機(jī)充電時(shí)間在15s以內(nèi)，有4種放電頻率分別為1×105Hz、5

2、×104Hz、2×104Hz、1×104Hz。同時(shí)設(shè)計(jì)并制作了一臺(tái)與脈沖放電設(shè)備配套使用的高溫熔化設(shè)備，其最高加熱溫度為1700℃，并且升溫速度在30℃/min以上，可實(shí)現(xiàn)惰性氣體保護(hù)，為本研究提供了基礎(chǔ)試驗(yàn)條件。 通過(guò)脈沖電流發(fā)生裝置及高溫熔化設(shè)備對(duì)高熔點(diǎn)鐵基合金施以脈沖電流處理，系統(tǒng)研究了脈沖電流密度、脈沖頻率及脈沖電流處理溫度對(duì)共晶Fe70Cr18Ni12及亞共晶ZGMn13Mo2鋼凝固組織的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)脈沖電流處理可明

3、顯細(xì)化共晶Fe70Cr18Ni12及亞共晶ZGMn13Mo2鋼的凝固組織，且凝固組織隨著脈沖電流密度的增加和脈沖頻率的增大而細(xì)化，在本試驗(yàn)研究條件下，其最佳細(xì)化效果分別使兩種合金凝固組織從120μm和240μm細(xì)化到0.6μm和8μm。開(kāi)始放電溫度十分重要，溫度過(guò)高鋼液會(huì)產(chǎn)生飛濺甚至發(fā)生爆炸現(xiàn)象，溫度過(guò)低則無(wú)法獲得均勻的凝固組織，開(kāi)始脈沖放電處理的最佳溫度為在鋼的凝固點(diǎn)左右。 0Cr16Ni22Mo2Ti鋼在高能量密度間歇式直流

4、電和壓力共同作用下，其凝固組織為面心立方結(jié)構(gòu)的納米晶。 理論計(jì)算表明，脈沖電流處理可引起金屬熔體溫升，但高脈沖頻率條件下(1×105Hz)，其溫升值對(duì)于ZGMn13Mo2鋼僅為幾度，對(duì)于Fe70Cr18Ni12合金僅為零點(diǎn)幾度，可以忽略不計(jì)；而在脈沖頻率很大時(shí)脈沖電流密度的增大對(duì)金屬熔體的溫升影響不大，此時(shí)，脈沖電流處理引起的溫升對(duì)金屬熔體凝固結(jié)晶形核的負(fù)面影響可以忽略不計(jì)，因此，從理論上進(jìn)一步證明高頻率高能量密度脈沖電流處理金

5、屬熔體可以獲得超細(xì)晶凝固組織。 經(jīng)脈沖電流處理后ZGMn13Mo2鋼的硬度和耐磨性明顯提高，并且隨著處理電流密度的增大，ZGMn13Mo2鋼的耐磨性逐漸提高。同樣，脈沖電流處理也使共晶Fe70Cr18Ni12合金的強(qiáng)度和韌度提高。 試驗(yàn)研究結(jié)果和ANSYS理論計(jì)算結(jié)果表明，高能量密度脈沖電流通過(guò)金屬熔體時(shí)，在金屬熔體內(nèi)部將會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁振蕩效應(yīng)和磁致伸縮效應(yīng)，從而使金屬熔體內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁沖擊振蕩，液態(tài)金屬將反復(fù)被壓縮