強(qiáng)磁場(chǎng)下電磁振蕩對(duì)Al-Si系合金凝固組織的影響.pdf

1、Al-Si合金的性能和凝固組織密切相關(guān)，而電磁振蕩可對(duì)凝固組織產(chǎn)生重要影響。本文采用強(qiáng)磁場(chǎng)和交變電流復(fù)合作用產(chǎn)生電磁振蕩，進(jìn)行了電磁振蕩下Al-Si合金自由凝固實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)和深入地研究了電磁振蕩對(duì)Al-6wt％Si、Al-18wt％Si和Al-Si共晶合金凝固組織的影響規(guī)律。 在Al-6 wt％Si合金凝固的過(guò)程中同時(shí)施加1T的磁場(chǎng)和J=1.13×104A/m2交變電流后，晶粒尺寸急劇減小，微觀形貌由樹枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)樗N薇形組織。在磁場(chǎng)強(qiáng)度小于

2、4T時(shí)，晶粒尺寸隨著電流密度的增加而增大，磁場(chǎng)強(qiáng)度大于4T時(shí)，晶粒尺寸隨電流密度的增加沒(méi)有明顯的變化。電流密度一定時(shí)，晶粒尺寸隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加逐漸減小，微觀形貌逐漸向顆粒狀組織轉(zhuǎn)變。在Al-6wt％Si合金凝固的過(guò)程中施加電磁振蕩持續(xù)到固相分?jǐn)?shù)小于0.23時(shí)，晶粒沒(méi)有細(xì)化；持續(xù)到固相分?jǐn)?shù)大于0.42時(shí)，晶粒細(xì)化。冷卻到一定的固相分?jǐn)?shù)施加電磁振蕩時(shí)，開始施加電磁振蕩的固相分?jǐn)?shù)小于0.42時(shí)，晶粒細(xì)化，開始施加電磁振蕩的固相分?jǐn)?shù)大于0.5

3、3時(shí)，晶粒沒(méi)有細(xì)化。研究表明：在強(qiáng)磁場(chǎng)中施加電磁振蕩下，凝固組織的形貌和大小是由電磁振蕩力大小、磁場(chǎng)抑制流動(dòng)作用和焦耳熱效應(yīng)三者綜合決定的。 在Al-18wt％Si合金凝固過(guò)程中施加電磁振蕩后，磁場(chǎng)強(qiáng)度B=2T條件下電流密度小于5.56×104A/m2時(shí)，初生硅會(huì)發(fā)生偏析和團(tuán)聚現(xiàn)象；電流密度增大至1.69×105A/m2，初生硅的分布較均勻。磁場(chǎng)強(qiáng)度B=10T條件下，電流密度小于1.13×104A/m2時(shí)初生硅發(fā)生偏析和團(tuán)聚現(xiàn)象

4、，電流密度增大至5.56104A/m2時(shí)，初生硅分布較均勻，電磁振蕩頻率對(duì)初生硅的分布影響不大。初生硅的形貌隨著電磁振蕩強(qiáng)度的增大由星瓣?duì)钷D(zhuǎn)變成板條狀和近顆粒狀轉(zhuǎn)變。初生硅形貌變化的主要原因是：電磁振蕩力引起合金熔體溫度場(chǎng)的均勻化從而增加了初生硅形核率，相互摩擦、碰撞和空化效應(yīng)導(dǎo)致的機(jī)械破碎和抑制初生Si的各向異性生長(zhǎng)。電磁振蕩頻率增大使初生硅由板條轉(zhuǎn)變顆粒狀，振蕩頻率增大使機(jī)械破碎初生硅的能力增強(qiáng)可能是初生硅轉(zhuǎn)變的原因。初步分析認(rèn)為，

5、在電磁振蕩力的作用下，過(guò)共晶合金中領(lǐng)先析出的共晶硅相互碰撞粘結(jié)，導(dǎo)致“初生”α相與其分離，獨(dú)自形核生長(zhǎng)，從而導(dǎo)致大量得“初生”α相的出現(xiàn)和共晶組織的消失。 在Al-Si共晶合金凝固過(guò)程中施加電磁振蕩，共晶組織中的Si相都變長(zhǎng)、增厚和間距增大，且隨著振蕩強(qiáng)度的增大，析出了大量的“初生”α相和“初生”硅相。電磁振蕩可以使共晶硅生長(zhǎng)界面處不斷得到硅原子補(bǔ)充并使生長(zhǎng)速度提高，從而使共晶硅的分枝減少，形成厚長(zhǎng)硅片；電磁振蕩能使液固界面前沿