鋁合金差相電磁水平連續(xù)鑄造工藝及理論研究.pdf

1、本課題是國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973)資助項目“高性能鋁材與鋁資源高效利用的基礎(chǔ)研究”中的部分內(nèi)容,主要研究差相電磁場對鋁合金水平連續(xù)鑄造過程和鑄錠質(zhì)量的影響,旨在開發(fā)高效、經(jīng)濟的差相電磁水平連鑄新技術(shù)。
　　 本文的研究內(nèi)容包括:不同磁場施加方式對7075鋁合金水平連鑄鑄錠表面質(zhì)量及內(nèi)部組織的影響;差相磁場對7075鋁合金水平連鑄工藝的影響;差相磁場對不同牌號鋁合金水平連鑄鑄態(tài)組織的影響;差相磁場與(Al-5Ti-B)細化

2、劑共同作用對純鋁及7075鋁合金鑄態(tài)組織的影響。取得的主要成果如下:
　　 對比了不同磁場施加方式對水平連鑄7075鋁合金鑄錠質(zhì)量的影響。結(jié)果表明:在流道外(線圈1)施加工頻磁場,可以增加流道表面熔體的流動速度,有效地消除水平連鑄過程中鋁合金鑄錠中的光亮晶,但其對鑄態(tài)組織及表面偏析層的改善作用較弱;在結(jié)晶器外(線圈2)施加低頻磁場,可以有效的改善鑄態(tài)組織、減小偏析層的厚度,但不能有效地消除水平連鑄鋁合金鑄錠中的光亮晶,同時鑄錠皮

3、下氣孔、疏松等缺陷增多;在結(jié)晶器外施加工頻磁場,可在一定程度上改善鑄態(tài)組織減小偏析層的厚度,但不能消除鑄錠中的光亮晶,在流道和結(jié)晶器外的線圈中施加差相電流,形成差相磁場,可以顯著的改善合金的鑄態(tài)組織,提高鑄錠表面質(zhì)量,消除水平連鑄過程中的光亮晶。
　　 系統(tǒng)地研究了施加差相磁場對水平連鑄工藝及鑄錠質(zhì)量的影響。結(jié)果表明:在7075鋁合金水平連鑄過程中施加差相磁場,能夠有效地消除重力因素的影響,使熔池中溫度分布均勻,降低鑄錠上下表面

4、冷卻差異:有效消除上下表面初凝殼厚度差,使液穴形狀關(guān)于鑄錠幾何中心對稱,進而消弱水平連鑄鋁合金鑄錠上下表面形貌以及皮下偏析層厚度上存在的差異,使鑄錠橫截面上的鑄態(tài)組織趨于均勻;能夠有效地改善鑄態(tài)組織,減少鑄錠中羽毛晶,增加等軸晶,細化晶粒,消除水平連鑄鑄錠中的光亮晶,提高鑄錠質(zhì)量。
　　 鑄造速度較高時,一冷區(qū)初凝殼變薄,液穴變深,鑄錠表面冷隔減少偏析瘤增加,鑄錠上下表面偏析層厚度減小,鑄錠橫截面上羽毛晶有所增加,差相磁場對鑄態(tài)

5、組織的改善效果降低。
　　 系統(tǒng)地研究了差相磁場對不同牌號(工業(yè)純鋁1070、2024、3004、5182、6063、7075、7050)鋁合金水平連鑄鑄錠鑄態(tài)組織的影響,結(jié)果表明:不同牌號的合金水平連鑄的組織不同,合金元素含量比較少的工業(yè)純鋁、6063和3004鋁合金,傳統(tǒng)水平連鑄鑄錠易形成粗大的柱狀晶,而對于合金元素含量比較多的2024,5182,7075,7050鋁合金,傳統(tǒng)水平連鑄鑄錠易形成粗大羽毛晶,所有實驗用鋁合金的

6、水平連鑄鑄錠中均發(fā)現(xiàn)了嚴重的光亮晶。差相磁場對于不同牌號的鋁合金水平連鑄鑄錠的鑄態(tài)組織都有不同程度的改善,既能改變鑄態(tài)組織的形貌,又能細化鑄態(tài)組織。差相磁場可以有效避免水平連鑄過程中不同牌號鋁合金的光亮晶的形成。
　　 第一次系統(tǒng)的研究了差相磁場作用下細化劑加入量對7075鋁合金及工業(yè)純鋁鑄態(tài)組織的影響。結(jié)果表明:差相磁場與細化劑共同作用于鋁合金水平連鑄過程中時,隨細化劑加入量的增加,差相磁場對鑄錠晶粒細化效率降低,7075鋁合

7、金無細化劑加入時,差相磁場的細化效果最明顯,晶粒尺寸減少了72.3％;細化劑加入量為2％時,差相磁場的細化效果最差,晶粒尺寸僅減少了24％。工業(yè)純鋁無細化劑加入時,差相磁場的細化效果最明顯,晶粒尺寸減少了84.3％;細化劑加入量為l％時,差相磁場的細化效果最差,差相磁場引起的晶粒尺寸減少量僅為12.3％。差相磁場可以有效地消除7075鋁合金水平連鑄過程中的光亮晶,細化劑對光亮晶的消除有一定作用,但不如磁場作用明顯。對于7075鋁合金,隨

8、細化劑加入量的增加,單位細化劑加入量引起單位面積內(nèi)有效形核數(shù)量先增加再降低,當細化劑加入量為0.1％時,單位細化劑加入量引發(fā)的有效形核數(shù)量最多,無磁場時為579個,差相磁場時為1238個。對于工業(yè)純鋁,單位細化劑加入量引起單位面積內(nèi)有效形核數(shù)量隨著細化劑加入量增加而減少,細化劑加入量為0.02％時,單位細化劑加入量引發(fā)的有效形核數(shù)量最多,無磁場時為1882個,差相磁場時為3031個。差相磁場能夠有效增加單位細化劑加入量引發(fā)的有效形核數(shù)量