薄壁铝合金件行波磁场铸造的缺陷分析及控制

行波磁场铸造法是在重力下浇注薄壁铝合金件的新型铸造技术,能提高金属压头和充型能力,生产出在砂型和金属型等传统铸造工艺无法获得的大型薄壁铸件.国内外在行波磁场铸造的充型、凝固工艺方面进行了一些探索性研究工作[1～8].虽然从原理上容易理解行波磁场铸造的可行性,但在进行实际工作过程中遇到很大的难度,如充型过程中熔体流动的稳定性、熔体凝固过程中表面缺陷现象等,这成为行波磁场铸造技术推广应用的主要障碍.本文在对行波磁场分布规律分析基础上,对行波磁场铸造过程中出现的铸造缺陷进行分析,并提出相应的预防措施及解决方案.     

铸造用行波磁场ANSYS有限元分析

利用ANSYS 8.0软件对行波磁场电磁感应器所产生的电磁场分布进行了数值模拟.通过与实测结果比较,验证了利用ANSYS软件进行磁场分析计算的可靠性.并进一步计算了在行渡磁场电磁感应器结构尺寸不变,将其绕制为一对极和二对极的情况下,线性电磁感应器所产生的电磁场分布,以及通电电流变化和金属上型对所产生的磁感应强度分布的影响.结果表明,在结构尺寸一定的情况下,将电磁感应嚣绕制成一对极和二对极所产生的磁感应强度的大小与通电电流大小呈线性关系,且在通电电流相同的情况下,在一对极下能得到更大的磁感应强度;金属上型可使合金熔体所处的磁场空间磁感应强度竖直分量By增强的同时磁感应强度的水平分量Bx略有减弱.     

铸造用行波磁场分布规律的研究

分析了行波磁场铸造法冷隔缺陷的形成原因.运用ANSYS 8.0软件对行波磁场电磁感应器重新建模,对其所产生的磁场分布进行模拟计算,并通过实验验证其可行性.结果表明:递宽齿距行波磁场电磁感应器所产生的磁场空间能在行波磁场运动方向上形成递减的磁场.     

双边行波磁场铸造设备的开发

为进一步提高薄壁铝合金铸件的生产效率和表面质量,通过数值模拟研究了新型双边行波磁场铸造设备开发的可行性。结果表明,开发的设备可以有效地削弱产生脉动电磁力的磁感应强度水平分量,提高对合金熔体充型有推进作用的磁感应强度竖直分量。     

铝合金异相位电磁连铸技术研究

提出一种新型的电磁铸造工艺--异相位电磁铸造,并在Al-Mg-Si系合金水平连铸过程中进行实验.异相位电磁铸造技术是通过对常规铝合金铸造用的结晶器结构进行改进,在其外围配置两组励磁线圈,通之以频率相同、相位不同的交流电.在异相位交变磁场与熔体的交互作用下,熔体内产生电磁力驱动的强迫对流.通过实际测量考察了熔体中磁场的分布和磁场作用对熔体温度场的影响,通过显微组织观测考察了异相位磁场对铸锭铸态组织的影响.结果表明,异相位磁场作用使熔体得到充分搅拌,熔体温度场趋于均匀,铸态组织得到显著细化.     

电磁铸造移动磁场发生器磁场分布规律及其作用分析

研究了用于电磁铸造的移动磁场发生器上磁场强度变化及其对金属产生的力的作用.结果表明,磁感应强度分量By和Bz的变化趋势相反.By的存在使金属流动充型过程中产生表面凹坑型缺陷,Bz明显提高金属液流动速度,而在提高充型能力的同时,会使金属液流前端截面减小而形成反向充填,引发冷隔缺陷.铁磁性上模可以减弱By、增强Bz,提高表面质量.金属在移动磁场中受到的力与其投影面积有关,而且存在临界投影面积,小于该临界值后,电磁力不足以拉动该金属.     

行波磁场作用对凝固过程中气泡的影响

研究行波磁场对铝合金除气行为的影响,计算行波磁场对气泡形核临界半径的影响。结果表明：在行波磁场作用下,气泡的临界形核半径随着电磁场强度的增大呈线性递减,电磁力促进了气泡的非均匀形核,电磁力使得气泡在熔体中长大,并在电磁力的驱动下向熔体的外部溢出。试样中的气泡数随行波磁场感应强度的增大而减少。     

Modeling and Experiments on Electromagnetic Separation of Inclusions from Aluminum Melt under Combined Magnetic Field

复合磁场是金属电磁净化的一种新方法,通过实验和数值模拟,研究由旋转磁场和行波磁场组成的复合磁场电磁净化的效果。装置模型由2组三相交流线圈组构成,通过有限元法分别计算旋转磁场、行波磁场及其复合磁场作用下的电磁体积力、流场分布。结果显示,旋转磁场电磁力使得流场水平转动,下行波磁场电磁力分布驱动外壁容易向下运动,在中心形成向上束流;而复合磁场则兼具两者效果。数模拟数据与实验结果吻合度较好。为了探讨复合磁场电磁净化的机理,计算熔体中第二相夹杂物的体积分布和模拟颗粒在熔体中的运动轨迹。分析结果表明:流场和阿基米德力是影响颗粒运动的2个主要因素;复合磁场相对于单一磁场具有更优越的净化效果。     

复合电磁场净化铝熔体的数值模拟和实验(英文)

复合磁场是金属电磁净化的一种新方法,通过实验和数值模拟,研究由旋转磁场和行波磁场组成的复合磁场电磁净化的效果。装置模型由2组三相交流线圈组构成,通过有限元法分别计算旋转磁场、行波磁场及其复合磁场作用下的电磁体积力、流场分布。结果显示,旋转磁场电磁力使得流场水平转动,下行波磁场电磁力分布驱动外壁容易向下运动,在中心形成向上束流;而复合磁场则兼具两者效果。数模拟数据与实验结果吻合度较好。为了探讨复合磁场电磁净化的机理,计算熔体中第二相夹杂物的体积分布和模拟颗粒在熔体中的运动轨迹。分析结果表明:流场和阿基米德力是影响颗粒运动的2个主要因素;复合磁场相对于单一磁场具有更优越的净化效果。     

移动磁场电磁力对铸件表面粗糙度的影响

采用移动磁场铸造薄壁铝合金流动试样，并对移动磁场铸造过程中铝合金熔体内的电磁力各分量的瞬时值及其对铸件表面质量的影响进行了理论分析。结果表明，随着磁感应强度的增加，铸件的表面粗糙度有增加的趋势，这在采用金属上型时表现更明显。由于通人电磁感应器的三相非平衡电流在铝合金熔体内所产生的电磁力是脉动的，其大小呈周期性变化，尤其是垂直于磁场运动方向上的电磁力，其脉动的幅度很大。由此认为，所产生的垂直于磁场运动方向上的脉动电磁力是引起熔体表面震荡起伏和导致铸件凝固后表面粗糙的主要原因。     

采用HALBACH磁阵列的磁悬浮平台的磁场分析

以纳米两维磁悬浮定位平台研究中采用的HALBACH阵列为例,采用一种通用分析方法对其进行解析计算,用ANSYS软件对其产生的磁场进行了仿真。计算和仿真结果表明,HALBACH阵列具有磁单边特性和很好的正弦特性。     

镁合金电磁铸造中搅拌频率的确定

通过镁合金电磁铸造过程模拟，分析了镁合金电磁铸造过程中电磁搅拌对熔体流动和温度分布的影响。结果表明，当镁合金电磁铸造的搅拌频率为10Hz时熔体温度场分布比较合理。     

弱磁场下管件表面磁场的分布特征

根据磁偶极子理论，建立稳恒微弱垂直弱磁场作用下高压管类试件线状缺陷产生的漏磁场模型。根据磁偶极子空间磁场分布，导出了在外部垂直方向弱磁场下管状工件表面细长缺陷产生的弱磁场法向分量的计算公式。分析了不同纵向磁化强度下，作为磁记忆检测方法重要判据的磁场法向零值线形状及分布特点。     

磁场描绘仪的改进

普通物理实验中,普遍使用磁场描绘仪描绘磁场,现有仪器的探测线圈上所测得的电压很小,而外界干扰较大,使得实验效果比较差。通过对磁场描绘仪的改进,提高了探测线圈的感应电压,从而使实验效果明显改善。     

展示磁场空间分布的磁性液体系列装置研制

根据磁性液体在外加磁场条件下特殊的形状变化,利用自制的磁性液体制作了系列展示磁场空间分布的装置。该系列装置可以生动地三维展示磁场的空间分布,激发学生学习相关科学文化知识的热情。     

环境磁场对磁记忆信号的影响

金属磁记忆检测技术是一种可早期准确判断构件的应力集中位置和评估疲劳损伤程度的无损检测技术新方法,而磁记忆信号的存在离不开环境磁场。为探讨环境磁场对磁记忆信号的具体影响,在不同环境磁场下,对45钢进行静载拉伸试验,测量在相同环境磁场下不同应力作用下的磁记忆信号。试验结果表明:环境磁场不能改变磁记忆信号曲线的形状,但可以改变磁记忆信号值的大小;在一定的磁场范围内,磁记忆信号值随环境磁场的增加而增加,但当环境磁场超过某一临界值时,磁记忆信号值反而随环境磁场的增加而减少;若环境磁场为零或完全被抵消,应力则不能产生磁记忆信号。故在磁记忆检测实践中,特别是在定量检测应用中必须考虑环境磁场的影响。     

High Steady Magnetic Field Processing of Functional Magnetic Materials

The materials science community has been enriched for some decades now by the “magneto-science” approach, which consists of applying a magnetic field during material processing. The development of anisotropic properties by applying a steady magnetic field is now a well-established effect in the material processing of magnetic substances, which benefits from the unidirectional and static nature of the field delivered by superconducting magnets. Among other effects, magnetic anisotropy in functional magnetic materials, which arises from the alignment of magnetic moments under external field, can be developed at various structural scales. Magnetic ordering, magnetic patterning, and texturation are at the origin of this anisotropy development. Texture is developed in materials from magnetic orientation due to magnetic forces and torques or from stored energy. In metals and alloys, for instance, this effect can occur either in their liquid state or during solid-state thermomagnetic treatments and can thus impact significantly the material functional magnetic properties. Today’s improved superconducting magnet technology allows higher field intensities to be delivered more easily (1 T up to several tens of Teslas) and enables researchers to gather evidence on magnetic field effects that were formerly thought to be negligible. The magneto-thermodynamic effect is one of them and involves the magnetization energy as an additional parameter to tailor microstructures. Control of functional properties can thus result from magnetic monitoring of the phase transformation, and kinetics can be impacted by the magnetic energy contribution.     

定向凝固中行波磁场和高频交流磁场的复合磁场模拟计算

利用ANSYS平台的开发环境,在ANSYS自有的APDL参数化功能和电磁场理论知识的基础上,结合定向凝固过程中的复合电磁场特点,提出了求解频率相差多个数量级的复合电磁场的方法,以及后处理中求复合电磁场平均值的方法,实现了复合电磁场的模拟计算。后处理结果分析表明,复合电磁场的磁通密度为单一行波磁场的磁通密度与单一高频交变磁场的磁通密度的矢量和,复合磁场产生的洛伦兹力要远大于各种频率的单频率场的线性叠加。