立式筒形行波磁場(chǎng)作用下鋁合金凝固組織研究.pdf

1、鋁合金由于其低密度、高比強(qiáng)度等顯著特點(diǎn),在交通運(yùn)輸工具、日常生活器具、傳統(tǒng)裝備領(lǐng)域等材料的選擇上占有舉足輕重的地位。然而鋁合金鑄件中存在著凝固組織粗大、氣孔、疏松、偏析等缺陷使其越來(lái)越難以滿足某些領(lǐng)域的需求,而外加電磁場(chǎng)在材料加工領(lǐng)域的應(yīng)用,為制備新型的高性能鋁合金提供了新的思路。
　　本文以致密化并細(xì)化組織,同時(shí)去除熔體中氣體及夾雜物為目的?；趯?duì)平面行波磁場(chǎng)感應(yīng)器磁場(chǎng)分布的研究設(shè)計(jì)并制造了立式筒形行波磁場(chǎng)感應(yīng)器。結(jié)合數(shù)值模擬與

2、實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法研究了筒形行波磁場(chǎng)感應(yīng)器內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度分布、金屬熔體受力和流動(dòng)情況;最后通過(guò)了高能 X射線斷層掃描技術(shù)研究了電磁力和金屬熔體的流動(dòng)對(duì)鋁合金凝固組織及缺陷的三維形貌的影響。上述研究為行波磁場(chǎng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。
　　筒形行波磁場(chǎng)感應(yīng)器內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度在面距較小時(shí)起伏劇烈,反之分布變得均勻;磁感應(yīng)強(qiáng)度隨著面距的增大呈指數(shù)規(guī)律衰減;磁感應(yīng)強(qiáng)度隨著輸入電流安匝數(shù)的增加呈線性關(guān)系遞增;磁感應(yīng)強(qiáng)度各方向上的分量Br和

3、Bz受磁感應(yīng)器結(jié)構(gòu)所決定,Br的極大值始終位于齒冠上，而Bz的極大值始終位于齒槽上;添加回磁鐵芯可以有效地增強(qiáng)Br,衰弱Bz。
　　通過(guò)數(shù)值模擬得到電磁力以及金屬熔體流動(dòng)的規(guī)律。金屬熔體所受電磁力和流速均隨著輸入電流安匝數(shù)的增大而呈拋物線規(guī)律增大,兩者均受電源頻率的影響,但兩者有著不同的規(guī)律?；卮盆F芯可以影響金屬熔體所受電磁力的分布,使得Fr減弱,Fz增強(qiáng),而在本實(shí)驗(yàn)所用鑄型情況下,回磁鐵芯對(duì)金屬熔體的流動(dòng)影響甚微。
　　通

4、過(guò)對(duì)行波磁場(chǎng)作用下純鋁凝固組織的研究發(fā)現(xiàn),施加行波磁場(chǎng)促使純鋁凝固凝固組織由柱狀晶逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶,并且有效地細(xì)化純鋁凝固組織。晶粒尺寸隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加先減小再增大,說(shuō)明行波磁場(chǎng)存在一個(gè)臨界值,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到臨界值時(shí)細(xì)化效果最明顯。同時(shí)并不是行波磁場(chǎng)作用時(shí)間越長(zhǎng)細(xì)化效果越好,綜合考慮電磁場(chǎng)熱效應(yīng),本實(shí)驗(yàn)條件下最佳的作用時(shí)間為液態(tài)降溫階段后期和凝固階段前期。
　　在行波磁場(chǎng)對(duì)于凝固組織缺陷影響方面,施加行波磁場(chǎng)可以有效地去除熔

5、體中所含氣體并致密化凝固組織。在鋁合金凝固過(guò)程中施加行波磁場(chǎng)理論上可以有效地減小氣泡的臨界形核半徑,促進(jìn)氣泡的非均質(zhì)形核,同時(shí)加劇了熔體中氣泡的排出。施加行波磁場(chǎng)可以有效地改善鋁合金凝固組織中的孔洞,促使微觀孔洞的形貌由復(fù)雜的樹枝狀轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S狀,并且微觀孔洞的體積分?jǐn)?shù)隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大而減小,使得試樣從上而下致密度越來(lái)越高,且微觀孔洞曲面的平均曲率隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大而增大。
　　實(shí)驗(yàn)研究了行波磁場(chǎng)作用對(duì)鋁硅合金凝固組織的影響。在

6、Al-10.3wt.％Si合金中,施加行波磁場(chǎng)可以使初生鋁形貌由樹枝晶向等軸晶轉(zhuǎn)變,且等軸晶的尺寸隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大而減小,分布也越發(fā)均勻。通過(guò)高能 X射線斷層掃描再現(xiàn)了共晶硅的三維片狀結(jié)構(gòu),片狀共晶硅在行波磁場(chǎng)作用下得到了細(xì)化,并且磁感應(yīng)強(qiáng)度存在一個(gè)臨界值,共晶硅的面體比隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大先陡增然后平緩增大,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為臨界值時(shí)此時(shí)面體比值最大,過(guò)了臨界值后,面體比有所降低;此外共晶硅的長(zhǎng)度、寬度以及厚度均隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大先