高温合金叶片类铸件电磁软接触成形过程研究

传统高温合金叶片类铸件制备过程中，熔体长时间在陶瓷模壳材料中保温，易受其污染，而借助于交变电磁场与液态金属相互作用产生的电磁压力可使高温合金呈半悬浮状态，减少了熔体与磁模结晶器的接触面积和时间，能尽可能避免污染的产生。将该方法和定向凝固技术相结合，提出了1种实现高温合金复杂形状电磁软接触成形的定向凝固工艺，探讨了该工艺下不同结晶器材料、磁化套高度及其所加方位对线圈中磁感应强度的影响，并在实验室中成功制备出了2种近叶片形状的高温合金电磁软接触成形的定向凝固样件。     

双频电磁约束成形的温度场研究

双频电磁约束成形是一种利用较高频率电磁场熔化金属和利用较低频率约束金属熔体成形，同时实现金属坯料无坩埚熔化和无型成形的先进加工技术。测试并分析了不锈钢(1Crl8Ni9Ti)双频电磁约束成形过程中的温度场及其影响因素。结果表明，成形线圈功率仅影响成形温度场大小而对温度场峰值位置无影响；加热线圈功率和成形样件抽拉速率同时影响成形温度场大小与峰值位置；稳定成形时成形样件抽拉速率的变化改变熔体的温度，而熔体高度在一定的范围内无明显变化，即稳定成形时熔体高度恒定。利用双频电磁约束成形技术制备了大宽厚比不锈钢样件，其宏观组织为定向组织。     

电磁无接触成形过程熔体形状的数值模拟及实验研究

应用有限元方法模拟计算了电磁约束成形过程中感应器结构、固／液界面位置、熔体上顶面位置、电流频率及熔体种类对熔体形状的作用规律。结果表明：喇叭形内壁的感应器中熔体可获得侧面基本垂直的理想形状；固／液界面、熔体上顶面位置对熔体形状有明显的影响：电流频率的变化对熔体成形形状的影响很小：在感应器结构、固／液界面及熔体上顶面位置等确定后，合金种类对熔体形状几乎没有影响。同时对电磁成形规律进行了研究，表明实验与模拟计算的结果取得了很好的吻合。用电磁成形方法完成了Al合金、TiAl化合物和Ni基高温合金的无接触成形，制备出了样件，并对组织实现了定向控制。     

纯铝熔体无接触电磁约束成形的实验观察

电磁场是决定电磁约束成形成败的关键因素.为此,对圆柱形铝件的无接触电磁成形过程以及电磁成形感应器中的磁场分布特性进行了实验研究.结果表明:对于直径小于10 mm的铝样,铝表面的氧化皮在电磁成形过程中起了很大的作用;而对于直径大于10 mm的铝样,铝表面的氧化皮对电磁成形的影响就非常小;感应器高度、感应器内壁倾角,感应器内径以及电流对感应器中的磁场分布影响较大,负载影响较小.可以通过磁场感应强度来设计成形感应器高度;同样,也可以通过感应器高度来计算成形一定高度的金属熔体所需要的磁感应强度.     

特种合金无接触电磁成形过程中的屏蔽效应及凝固特性研究

建立了适合中小尺寸特种合金样件无接触电磁成形的感应器－熔体－屏蔽系统，探讨了特种合金无接触电磁成形过程中的屏蔽效应及凝固特性。结果表明，下屏蔽罩改善了感应器内磁力线分布，实现了电磁成形过程中电磁场和温度场分布的耦合，采用合理的工艺参数，获得了表面质量光洁，具有定向胞晶组织特征的圆形，椭圆形和近矩形特种合金样件。     

液态金属双频电磁约束成形过程研究

利用高频－超音频和双高频的电磁场实现了液态金属双频电磁约束成形的工艺过程,达到了固态试样无接触加热熔化、初步约束成形和复杂形状熔体无模壳电磁成形的目的。在双频电磁成形过程中发现,高频－超音频双频电磁成形控制不仅优于单频电磁成形,而且比双高频电磁成形控制容易,2种频率的电磁场不同加热熔化和电磁成形功能都能加以发挥,并可单独加以调节。在试验中利用高频－超音频双频电磁成形工艺过程成功儿得了扁椭圆截面和弯截面复杂形状的双频无模电磁成形样件。     

电磁铸造液柱高度数学模型的建立及应用

为了研究熔体金属电磁立柱成形能力并计算电磁作用下的液注高度,从电磁铸造立柱成形的基本原理出发,建立了电磁场作用下金属立柱成形时液柱高度数学模型,并试验验证了模型的准确性.利用液柱高度数学模型对铝、钢、锡铅合金等金属的电磁铸造可行性,以及电力参数对液柱高度的影响进行研究.结果表明:铝电磁无模成形能力最强,而钢及锡铅合金电磁无模成形能力则基本相同;钢及锡铅合金电磁立柱成形所需的磁感强度约为0.08～0.10 T,而铝则只需约0.04T.     

耐热不锈钢真空双频电磁约束成形

研究了真空下耐热不锈钢的双频电磁约束成形过程,建立了真空下电磁约束成形的双感应器-熔体-屏蔽罩耦合系统.结果表明:双频电磁成形中,两感应器间距增至25mm时,预热感应器基本不影响成形感应器中的磁场分布,但能独立调整熔体的温度分布,调节电磁成形系统的有效热力比.屏蔽罩与成形感应器配置合适时,有效地调节成形感应器内磁场分布,使加热区域上移,熔体的下固/液界面升高,达到电磁压力有效作用范围内,有利于过程的耦合;同时也避免对冷却介质过分加热,改善了冷却条件.合理的有效热力比仅是保证成形耦合的必要条件;更充分的条件是,产生最大静压力的液/固界面必须刚好在最大电磁压力的作用点上.最后采用双频电磁约束成形方法获得了表面质量较好的、组织定向的大宽厚比耐热不锈钢板状件.     

变截面送料双频电磁成形过程的稳定性

电磁成形技术是1种能同时实现固态坯料加热熔化和液态金属约束成形的新型材料制备技术，适用于中小尺寸活泼金属，高温合金，难熔金属和高纯金属的加热熔化及其复杂截面构（坯）件的无容器近终成形，分析影响金属熔体变截面送料双频电磁成形稳定性的因素，研究表明：（1）影响液态金属双频电磁成形的因素有：液柱高度、试样表面的磁感应强度大小和液态金属的表面张力，3者满足确定的关系，才能保证液态金属电磁成形的稳定性；（2）屏蔽罩与成形感应圈的配置，两感应圈的间距和抽拉速度等工艺参数的合理控制对成形稳定起到重要作用。     

矩形电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为

通过静态热模拟实验,采用低熔点Sn-32%Pb-52%Bi(质量分数)合金作为钢液的模拟介质,研究不同工艺参数下矩形电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为的变化规律。结果表明:由于矩形电磁软接触结晶器本身的结构限制,其弯月面沿周向上的分布具有不均匀性;随电源功率增大,弯月面高度增大,同时波动加剧;实际生产中线圈应尽量靠近结晶器口部位置安装,有利于提高弯月面高度和增强弯月面稳定性;浇注过程中,应该使浇注液面尽可能的控制在线圈中心偏上位置;当电源频率增大时,应该同时适当的提高电流来保证软接触效果。     

特种合金软接触电磁近终成形技术的基础研究

以低熔点金属锡作为特种合金液模拟工质 ,对高频磁场作用下模壳内合金液的弯月面形态进行热模拟研究 ,测定了弯月面高度及软接触高度 ,掌握了电源功率、感应线圈参数和磁化套参数对弯月面形态的影响效果。研究表明 :电源功率、线圈高度和工作位置及磁化套高度和工作位置将影响弯月面形态及稳定性 ,影响合金液与模壳的软接触 ,是影响软接触成形过程稳定性的重要参数。     

方坯软接触电磁连铸结晶器内钢液弯月面行为的热模拟

以低熔点Ｐｂ－Ｓｎ－Ｂｉ合金作为钢液模拟工质,对谐波高频磁场作用下,方坯软接触电磁连铸结晶器内钢液的弯月面行为进行热模拟的实验研究,通过录像手段记录高频磁场作用下非导电石英玻璃容器内液态金属的弯月面行为,并采用“浸镀法”测得不同实验条件下的弯月面形状,掌握了高频磁场作用下液态金属弯月面的波动特性及不同感应线圈实验参数对弯月面行为特征的影响效果,研究表明：方坯结晶器内高频磁场沿结晶器周向的不均匀分布     

两段式无缝软接触电磁连铸结晶器内的电磁场分布

通过有限元数值模拟,研究了两段式结晶器上半段长度、感应线圈的位置及液面位置对结晶器内部磁场的影响,分析了两段式结晶器的电磁场分布规律.结果表明:两段式结晶器的上半段越长或线圈位置越靠上,结晶器的透磁效果越好;液面位于线圈中心偏上20 mm时,内部磁场的作用效果最佳.在本研究条件下,两段式结晶器的透磁效果良好,磁感应强度主要集中在结晶器上半段钢液的弯月面区域.纵向磁场在结晶器上半段高度的范围内逐渐增强,在结晶器下半段高度的范围迅速衰减;周向磁场在钢液表面均匀分布;径向磁场由钢液表面向内部逐渐衰减.与切缝式结晶器比较,两段式结晶器内部磁场分布更均匀.     

方坯软接触电磁连铸初始凝固区高频磁场的分布

通过实验检测和数值模拟方法研究结晶器切缝形式，弯月面位置以及感应线圈匝数等因素对坯软民磁连铸结晶器内高频磁场分布的影响，分析结果表明，采用通体切缝形式的结晶器具有比封闭切缝形式结晶器更好的透磁性，增加感应线圈匝数时，可增大高频磁场在铸坯初始凝固区的有效范围，当液态金属弯月面位于感应线圈上沿附近时，高频磁场地初始凝固区的有效作用范围较大，电磁压力分布的不均匀程度较大，有助于获得高表面质量的铸坯，通过拉坯实验获得了表面质量得到明显改善的Sn-10Pb合金铸坯。     

软接触电磁连铸结晶器内磁场分布与弯月面行为

通过实验测试和数值模拟的方法研究两段式软接触电磁连铸无缝结晶器结构、线圈位置、电源功率以及弯月面位置等因素对结晶器内高频磁场分布的影响。并采用Sn作为钢液的模拟工质测量了不同实验条件下两段式结晶器内的弯月面高度。研究结果表明:两段式结晶器的透磁效果随着结晶器上半段厚度的减薄而提高;增加电源功率时,可以增大高频磁场在铸坯初始凝固区域的强度及作用范围,有利于弯月面的形成;线圈位置越靠上,越有利于磁感应强度透过结晶器,有助于弯月面高度的增大;当金属液面位于感应线圈高度中心与线圈顶端位置之间时,高频磁场作用于初始凝固区域的有效作用较强,可产生较大的电磁压力,有助于获得高表面质量的铸坯。     

外水套对电磁软接触结晶器内部磁场影响的模拟研究

通过有限元法三维数值模拟,研究了电磁软接触结晶器口部外水套对圆坯电磁软接触结晶器内部磁场的影响规律.结果表明,对于上通体切缝结晶器而言,结晶器口部外水套对其内部磁场分布的影响明显;随着切缝初始位置的下移,外水套对结晶器内部磁场的影响越来越小.当切缝的初始位置保持不变时,外水套的影响作用随着感应线圈内电流的增大而增大.     

方坯软接触电磁连铸结晶器内三维电磁场的数值模拟

通过有限元法三维数值模拟，对方坯连铸软接触结晶器系统中的电磁参数进行了计算，得到磁感应强度，电磁体积力，感应涡流在分瓣结晶器系统中的分布规律，在切缝区域连铸坯表面磁感应强度较其他区域稍强，20000Hz时约为10%，由于电磁场透过切缝作用于连铸坯上，连铸坯表面受力的电磁体积力在横向较为均匀，当钢液面位于感应线圈中部时，沿拉坯方向钢液面以下附近电磁场的作用最强，然后逐渐降低。     

软接触结晶器内电磁场分布的数值模拟研究

采用互感耦合模型计算了软接触结晶器内的电磁场分布，讨论了结晶器开缝数，电源频率，功率以及感应线圈与结昌器相对位置对磁场分布的影响，结果表明：增加开缝数提高了结晶器透磁性，增大了磁感应强度，磁感应强度随电源频率的增加而减小，随功率加而增大，磁感应强度的最大值在轴线上随感应线圈位置上升而增大且位置上移，在结晶器附随感一圈与结晶器之间的模向距离增大而减小。计算结果与试验结果基本吻合，因此该模型可以用来模拟接触结晶器内的电磁场分布情况。     

热轧带钢卸卷塔形产生原因及防范措施

针对热轧带钢卸卷过程中形成的塔形缺陷进行了原因分析,得出卸卷小车上升高度不够和芯轴二次涨径值不到位是其主要成因,并分别对因触卷压力设定过小、松卷、卸卷小车溜位等造成的卸卷小车上升高度不够,因芯轴涨缩时序太晚、芯轴涨缩压力太小造成的芯轴二次涨径值不到位进行了详细分析。并据此对X80管线钢卸卷中常出现的外圈塔形问题采取相应措施后,塔形问题再没出现过。