软接触电磁连铸对铸坯表面质量的影响

为改善铝基复合材料铸坯的表面质量,采用割缝式结晶器并在初始凝固区域分别施加等幅高频磁场和调幅磁场进行软接触电磁连铸实验。结果表明,施加等幅高频磁场能够有效提高铸坯的表面质量,随着输入电流从30 A增加到80 A,铸坯表面质量提高,得到表面光洁的铸坯,而施加高频调幅磁场,铸坯表面光亮度提高,但铸坯表面会出现周期性的振痕,且振痕出现的频率与调幅波的频率有关,频率越高,振痕的间隔就越小。     

电磁场对水平连铸Al-1Si合金线材组织和性能的影响

研究了工频电磁场对水平连铸10 mm的Al-1Si合金键合线铸坯表面质量、凝固组织、溶质偏析和力学性能的影响.试验结果表明,在工频电磁场作用下,铸坯的表面质量得到了改善,当励磁电流达到100 A时,表面粗糙度由未施加电磁场时的40 μm降为20 μm;凝固组织得到了细化,晶粒尺寸均匀;溶质偏析得到了抑制,Si元素在α（Al）基体中的固溶度及其分布的均匀性得到提高;并且力学性能得到了改善,抗拉强度和伸长率分别提高了16.5%和36%.     

EVOLVEMENT MECHANISM OF SURFACE OSCILLA- TION MARKS ON ROUND BILLET DURING SOFT–CONTACT ELECTROMAGNETIC CONTINUOUS CASTING

在实验室立式连铸机上对碳素结构钢Q235B进行了电磁软接触连铸实验,测量了结晶器内磁场分布和Sn--Pb--Bi合金熔体弯月面形状. 结果表明,采用电磁软接触连铸技术, 可以显著改善铸坯表面质量; 当电源功率达到最佳值时, 振痕完全受到抑制, 铸坯表面光洁; 但当电源功率过大时,铸坯表面出现波浪形振痕. 分析认为, 铸坯表面质量得到改善是高频电磁场的Lorentz力效应和Joule热效应共同作用的结果;当电源功率过大时, 分瓣结晶器 内的磁场分布不均匀,沿结晶器周向呈波浪形分布, 加之钢水液面波动也更加剧烈,因此在铸坯表面产生波浪形振痕.     

电磁软接触连铸圆坯表面振痕演变机理

在实验室立式连铸机上对碳素结构钢Q235B进行了电磁软接触连铸实验,测量了结晶器内磁场分布和Sn-Pb-Bi合金熔体弯月面形状.结果表明,采用电磁软接触连铸技术,可以显著改善铸坯表面质量;当电源功率达到最佳值时,振痕完全受到抑制,铸坯表面光洁;但当电源功率过大时,铸坯表面出现波浪形振痕.分析认为,铸坯表面质量得到改善是高频电磁场的Lorentz力效应和Joule热效应共同作用的结果;当电源功率过大时,分瓣结晶器内的磁场分布不均匀,沿结晶器周向呈波浪形分布,加之钢水液面波动也更加剧烈,因此在铸坯表面产生波浪形振痕.     

电磁搅拌对不锈钢铸坯质量的影响研究

在工业试验条件下研究了低频旋转型电磁搅拌对奥氏体不锈钢及马氏体不锈钢连铸坯凝固组织的影响.结果表明:在低频电磁场合适的电磁搅拌参数作用下,不锈钢宏观组织及表面质量得到了明显改善,铸坯的柱状晶和等轴晶得到了显著的细化,消除了穿晶现象,中心缩孔、中心疏松明显降低;马氏体不锈钢铸坯中心等轴晶率平均达到了50%,最高达57%,中心疏松均在1.5级以下,中心缩孔90%在1.0级内.多次试验发现,不锈钢铸坯所需的搅拌强度应高于一般钢种.这为电磁搅拌在生产应用中工艺参数的优化及设计提供了一定的依据.     

电磁软接触结晶器连铸技术中初始凝固的基础研究

本文研究了电磁软接触结晶器连铸传热凝固特点。用金属Ｓｎ模拟钢液,测定了在 连铸过程中的温度场、初始凝固点在坏壳厚度,得到了电磁场对它们影响的基本规律,分析了他们对铸坏表面质量的影响。结果表明,在电磁场的作用下,液相区内的金属温度趋于均匀,初始凝固点降低,初生坯壳变薄,铸坯表面质量明显改善。     

结晶器电磁搅拌对马氏体不锈钢连铸坯组织和表面质量的影响

试验和分析了结晶器电磁搅拌(M-EMS)对马氏体不锈钢150mm×150mm连铸坯的中心疏松、等轴晶、缩孔及表面质量的影响,并对电磁搅拌对铸坯凝固影响的机理进行探讨.结果表明,经结晶器电磁搅拌后,铸坯中心等轴晶率平均达到50%、最高57%,中心疏松均在1.5级以下,中心缩孔90%在1.0级内;铸坯表面质量由使用结晶器电磁搅拌的85%提高到97%.     

电磁搅拌制备TiB_2颗粒增强7055铝基复合材料的研究

在电磁搅拌的条件下,通过盐-熔体原位反应生成了亚微米级TiB_2增强颗粒,并在熔体凝固过程中施加电磁搅拌,获得TiB_2颗粒增强的7055基复合材料铸态组织.试验结果表明,电磁搅拌作用下,熔体的传热和传质速度增加,铝液与反应盐的接触面积也增大,TiB_2颗粒的生成量大大提高,并促进了颗粒在基体中的弥散分布,减少了颗粒的团聚;同时,在熔体凝固过程中施加电磁搅拌,提高了基体材料的致密度,细化了基体晶粒尺寸.     

软接触结晶器外对连铸坯施加高频电磁场的基础研究

考察了冷坩埚式结晶器高民磁场对连铸坯表面质量的影响。研究结果表明：采用在传统结晶器壁开缝的方法可以有效地提高型内的磁感应强度,而且结晶器内磁场分布基本均匀,施加高频电磁场的铸坯与传统连铸坯相比,表面振动痕深度明显减小,且表面光滑。     

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。     

原位生成(Al2O3+Al3Zr)p/A359复合材料的电磁制备及磨擦性能

利用A359-Zr(CO3)2体系,原位反应合成法制备(Al2O3 Al3Zr)p/A359颗粒增强铝基复合材料,在制备过程中施加低频交变电磁场进行搅拌以提高复合材料性能.干滑动磨擦试验表明,复合材料的耐磨擦性比纯基体合金明显提高,施加电磁搅拌后复合材料在较大载荷下的耐磨性提高,磨损量随载荷增加的瞬变载荷由58.8 N提高到78.8 N.磨损表面的SEM分析显示:纯基体合金为粘着磨损和剥层磨损,复合材料的磨损为磨粒磨损为主,施加电磁搅拌后的复合材料为纯磨粒磨损.     

电磁铸造法制备的(Al2O3+Al3Zr)p/A359复合材料的磨损行为

利用A359-Zr(CO3)2体系原位反应合成法制备(Al2O3 Al3Zr)p/A359颗粒增强铝基复合材料,在制备过程中施加低频交变电磁场进行搅拌以提高复合材料的耐磨性能.干滑动摩擦磨损试验表明:复合材料的耐摩擦性比纯基体合金明显提高,施加电磁搅拌后复合材料的耐摩擦性进一步提高,特别是在较大载荷下的耐摩擦性大幅提高,从轻微磨损到急剧磨损的临界转变载荷由58.8 N提高到78.8 N.磨损表面的SEM分析显示:纯基体合金为粘着磨损和剥层磨损,复合材料的磨损为以磨粒磨损为主和少量的剥层磨损,施加电磁搅拌后的复合材料为纯磨粒磨损.     

Microstructure, billet surface quality and tensile property of (Al2O3 + Al3Zr)p/Al composites in situ synthesized with electromagnetic field

The aluminum matrix composites reinforced by Al₂O₃ and Al₃Zr particulates were fabricated via in situ chemical reaction between Al-15 wt.% Zr(CO₃)₂ systems. In the process of in situ reaction, a low frequency electromagnetic field (EMF) is employed to improve the conditions of reaction between reactants powder and melt. The optimized electromagnetic density of low frequency EMF is 0.025 T. During the direct chill casting process of composites melt, the custom-designed electromagnetic fields are introduced to control the microstructures and improve the billet surface quality. XRD analysis shows that Al₂O₃ and Al₃Zr reinforcement phases have been obtained. The Lorenz force improves the kinetic condition and accelerates the nucleation of endogenetic particulates. Microstructure analysis by SEM indicates that the average size of particulates and grain size of matrix are refined to 0.5-1 μm and 20-40 μm, respectively. The surface quality of round billet is greatly improved by the high frequency EMF. The results of tensile properties test show that the tensile strength of composites in situ fabricated with EMF is 254.6 MPa, which is increased by about 104 MPa and 69.4% compared with those of composites in situ fabricated without EMF.     

大圆坯连铸M-EMS参数对磁场和流场分布的影响

采用有限元法和有限体积法对φ250mm大圆坯连铸结晶器电磁搅拌(M-EMS)磁场和流场进行耦合计算。分析了不同电磁搅拌电流和频率下磁场和流场的分布。研究表明,数值模拟结果与实测结果基本一致。钢液中心面的磁感应强度在角部要明显大于中心。电磁力在横截面周向上分布均匀,流动呈涡旋状。当频率相同时,磁感应强度、电磁力和流速随着电流的增加而增加。当电流相同时,沿拉速方向,磁感应强度随频率增加而减小,电磁力和流速随频率的增加而增加。沿搅拌器中心径向,磁感应强度和电磁力随频率增加而减小,频率对切向流速的影响不大。对于φ250mm大圆坯连铸结晶器电磁搅拌,在电流和频率为480A,3Hz时能起到良好的搅拌效果。     

方坯结晶器电磁搅拌磁场特性研究

对杭钢方坯结晶器电磁搅拌磁场和扭矩进行了冷态测试,研究了磁场和扭矩随电流、频率的变化规律及磁场的空间位置分布特点。结果表明,磁感应强度大时,电磁力矩不一定大,强调应把电磁力矩作为搅拌器性能的最佳指标。通过不同频率下的扭矩值确定EMS的最佳频率,结果对合理制定及优化电磁搅拌工艺参数提供了理论依据。     

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。     

Solidification of Al alloys under electromagnetic field

1　INTRODUCTIONCastingisakeystepinAlalloyprocessing .From productionweknowthatalmostallqualityproblemsarerelatedtothedefectsincasting ,mostofwhichcannotbeeliminatedinfollowingformingandheattreatments ,socastingisnotonlyaformingpro cessbutalsoaprocessforstructuralcontrol.Toapplyoutfieldisanefficientandeconomicalmethodtocon trolstructures .Theelectromagneticfieldiswidelyusedinindustry ,becauseofitshighefficiency ,econ omy ,cleannessandnocontact[15] ,forexample ,electromagneticstirring ,elec…     

空心管坯热顶电磁连铸工艺的研究

根据空心管坯的特点,提出了热顶技术和冷坩埚技术相结合的空心管坯电磁连续铸造的工艺思想。采用低熔点的Sn-4.5% Pb(质量分数,下同)合金进行了模拟试验,成功制备了φ60 mm?5 mm的空心管坯。研究了热顶和冷坩埚式外结晶器对铸型内磁场分布的影响,分析了电磁场对空心管坯质量的影响。结果表明:采用带屏蔽罩的热顶和冷坩埚式外结晶器,优化了铸型内的磁场分布;当施加功率为12 kW、频率为2 500 Hz的中频电磁场时,得到了表面光滑、宏观凝固组织中具有高等轴晶比率的高质量空心管坯。     

高能超声对原位合成Al_3Ti/6070复合材料凝固组织的影响及机制

以Al-K_2TiF_6为反应体系,采用熔体反应法,在高能超声场下原位合成Al_3Ti/6070复合材料.采用XRD、SEM、EDS等手段研究不同超声参数如超声时间和超声强度对Al_3Ti/6070复合材料增强体形貌及尺寸的影响.建立了超声作用下熔体中颗粒行为模型,并对其机制进行了探讨.结果表明:在一定的超声强度下(0.66 kW/cm~2),颗粒尺寸随超声作用时间的延长(1～7 min)先减小后增大,当作用时间为3 min时,颗粒最细小,尺寸为1～2 μm,形貌主要为小块状或短棒状;当超声作用时间大于3 min时,颗粒数量随时间增加而急剧减少;在相同的超声作用时间(3 min)下,颗粒尺寸随超声强度的增加而减小,当超声强度为0.82 kW/cm~2时,颗粒尺寸为0.5～1 μm,颗粒形貌主要为小块状或粒状,当超声功率大于0.82 kW/cm~2时,颗粒数量随超声功率增加而急剧减少.高能超声作用下Al_3Ti/6070复合材料的最佳制备工艺为:超声强度0.66～0.82 kW/cm~2,超声作用时间3 min.