軟鋁板坯低頻電磁半連續(xù)鑄造的工藝研究.pdf

1、本文系統(tǒng)研究了低頻電磁場(chǎng)對(duì)鋁合金熔體凝固過(guò)程的影響，通過(guò)數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)和理論分析提出了低頻電磁場(chǎng)能夠有效改善材料的鑄態(tài)微觀組織，減弱材料的宏觀偏析以及有利于鑄錠均勻化退火后形成細(xì)小彌散相。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了低頻電磁場(chǎng)作用下鋁合金電磁鑄造的新工藝，獲得了晶粒均勻細(xì)小及宏觀偏析明顯改善的3004和5182鋁合金半連續(xù)鑄錠。 理論分析表明，采用較低頻率的電磁場(chǎng)及配合適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，不但能增大熔體表層電磁力的有勢(shì)分量，使熔體形成彎月面，減小

2、其與結(jié)晶器的接觸壓力與接觸面積，改善鑄錠表面質(zhì)量；而且能增大熔體內(nèi)部電磁力的有旋分量，產(chǎn)生強(qiáng)制對(duì)流，使整個(gè)熔體的溫度場(chǎng)和溶質(zhì)場(chǎng)趨于均勻；更重要的是，整個(gè)熔體能夠在較強(qiáng)的且相對(duì)比較均勻的電磁場(chǎng)作用下凝固，達(dá)到電磁場(chǎng)調(diào)控凝固組織的目的。 本文使用有限元分析軟件ANSYS模擬了不同電流頻率和電流強(qiáng)度下，鋁合金板坯低頻電磁鑄造過(guò)程中電磁參數(shù)的分布情況。并分析了磁感應(yīng)強(qiáng)度、洛倫茲力、電磁壓力隨電流強(qiáng)度和電流頻率的變化規(guī)律。通過(guò)模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)

3、：磁感應(yīng)強(qiáng)度和電磁壓力的最大值都出現(xiàn)在鋁熔體和鑄坯的角部，從角部向兩側(cè)逐漸減少。Lorentz力的最小值出現(xiàn)在鋁熔體和鑄坯的角部，從角部向兩側(cè)逐漸增大。隨著電流強(qiáng)度的增大，磁感應(yīng)強(qiáng)度、電磁壓力均明顯增大，隨著電流頻率的增大，磁感應(yīng)強(qiáng)度、電磁壓力都有所增大但不十分明顯；隨著電流強(qiáng)度和頻率的增大，Lorentz力逐漸增大。 本文還系統(tǒng)考察了電磁場(chǎng)參數(shù)對(duì)低頻電磁鑄造板坯鑄態(tài)微觀組織的影響。通過(guò)對(duì)組織的觀察，發(fā)現(xiàn)隨著電磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加或頻

4、率的降低，微觀組織得到了明顯的改善。結(jié)合數(shù)值模擬的結(jié)果表明電磁場(chǎng)引起的強(qiáng)制對(duì)流起到了很好的電磁攪拌作用，從而細(xì)化了晶粒。 通過(guò)對(duì)鑄錠橫截面上不同位置合金元素的化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)：在鑄造過(guò)程中電磁場(chǎng)引起的強(qiáng)制對(duì)流均勻了液穴的濃度場(chǎng)，抑制了宏觀偏析，從而獲得了溶質(zhì)元素分布均勻的鑄錠。 最后，通過(guò)對(duì)兩種合金均勻化前后第二相形貌和元素掃描結(jié)果的比較，可以得出，相比傳統(tǒng)鑄造工藝，低頻電磁鑄造(簡(jiǎn)稱(chēng)LFEC)工藝得到的鑄態(tài)組織第二相比較細(xì)