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)研究了低頻電磁場對鋁合金熔體凝固過程的影響，通過數值模擬、實驗和理論分析提出了低頻電磁場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小彌散相。在此基礎上，開發(fā)了低頻電磁場作用下鋁合金電磁鑄造的新工藝，獲得了晶粒均勻細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及配合適當的強度，不但能增大熔體表層電磁力的有勢分量，使熔體形成彎月面，減小

2、其與結晶器的接觸壓力與接觸面積，改善鑄錠表面質量；而且能增大熔體內部電磁力的有旋分量，產生強制對流，使整個熔體的溫度場和溶質場趨于均勻；更重要的是，整個熔體能夠在較強的且相對比較均勻的電磁場作用下凝固，達到電磁場調控凝固組織的目的。 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度下，鋁合金板坯低頻電磁鑄造過程中電磁參數的分布情況。并分析了磁感應強度、洛倫茲力、電磁壓力隨電流強度和電流頻率的變化規(guī)律。通過模擬結果發(fā)現

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

4、率的降低，微觀組織得到了明顯的改善。結合數值模擬的結果表明電磁場引起的強制對流起到了很好的電磁攪拌作用，從而細化了晶粒。 通過對鑄錠橫截面上不同位置合金元素的化學分析發(fā)現：在鑄造過程中電磁場引起的強制對流均勻了液穴的濃度場，抑制了宏觀偏析，從而獲得了溶質元素分布均勻的鑄錠。 最后，通過對兩種合金均勻化前后第二相形貌和元素掃描結果的比較，可以得出，相比傳統(tǒng)鑄造工藝，低頻電磁鑄造(簡稱LFEC)工藝得到的鑄態(tài)組織第二相比較細