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.     

空心管坯的异相位电磁连铸

采用异相位电磁连铸技术,制备d290 mm×35 mm的铝合金空心管坯,研究异相位电磁场对铸锭凝固组织及表面质量的影响。结果表明:异相位电磁场通过改变金属熔体的流动状态,减少原子团簇上角隅的形成,降低熔体及凝固前沿的温度梯度等机制,可使Al熔体内产生爆发式形核,增加晶核数量,抑制枝晶生长,从而可细化、球化晶粒,改善铸锭凝固组织,避免裂纹的产生;同时,异相位电磁场通过作用于初凝壳内液态金属熔体以及初凝壳本身的电磁力,降低了结晶器与初凝壳的接触压力、减小了铸锭表面的摩擦并抑制了偏析瘤的形成,从而提高铝合金空心管坯的内外表面质量。     

电磁铸造中液态金属速度场的研究

为进一步深入研究电磁铸造技术,对液态金属液的速度场进行了理论分析,并应用ANSYS软件完成了数值模拟,对速度场实现了有限元建模,以及力矢量图、速度矢量的有限元分析。结果表明,金属熔体经过一短暂的启动时间,金属熔体的速度和受力才会随时间的增大而增大,最后趋于平稳;熔体中某些地方产生了凝滞;电磁铸造可以忽略温度变化对熔体速度的影响。电磁凝固使得铸件的晶粒细化,晶粒尺寸均匀。     

电磁离心凝固过程熔体流动和传热的有限元数值模拟

利用电磁流体动力学有关理论,建立了电磁离心凝固过程熔体流动与热量传输的耦合分析模型,采用有限元法对电磁离心凝固过程进行了分析,得出了瞬态速度场和温度场。分析结果表明,电磁离心凝固过程中,正是由于电磁力引起的受迫对流运动,对金属熔体起电磁搅拌作用并使晶粒得到细化,从而提高铸件质量。     

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。     

高频磁场电磁净化试验研究及净化时间的计算

为了更准确的分析高频交变电磁场对金属熔体中的非金属夹杂物的去除效果,本文采用定点加入的方法进行了电磁净化试验研究.结果表明,在磁场频率为20000Hz的试验条件下,当磁感应强度达到0.1T时,尺寸在5 μm的非金属夹杂物在电磁排斥力的作用下从距离熔体表面3 mm位置处开始运动,30 s后可以运动到达熔体表面;对铝合金中非金属夹杂物电磁净化时间进行了计算.     

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.     

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.     

结晶器参数对电磁搅拌磁流耦合特性的影响研究

基于ANSYS有限元数值模拟方法研究了电磁搅拌中结晶器对磁流耦合场的影响规律。结果表明,结晶器的存在导致金属熔体中的磁场、电磁力以及流速等参数均减小;随着结晶器厚度的增加,金属熔体中的最大磁场和流速下降较快。     

Electromagnetic separation of primary iron-rich phases from aluminum-silicon melt

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｒｏｎｉｓｕｓｕａｌｌｙｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｏｂｅｈａｒｍｆｕｌｉｍｐｕｒｉｔｙｉｎａｌｕｍｉｎｕｍ .Ｔｈｅｎｅｅｄｌｅ ｌｉｋｅｏｒｍａｓｓｉｖｅｉｒｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎｉｎｔｅｒ ｍｅｔａｌｌｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ,ａｒｅｎｏｔｏｎｌｙｃｒａｃｋｏｒｉｇｉｎｓｂｕｔａｌｓｏｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈｐａｔｈｓｗｈｉｃｈｄｒａｍａｔｉｃａｌｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｅｌｏｎｇａｔｉｏｎｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙ .Ｔｈｅｓｅｈａｒｄａｎｄｂｒｉ…     

电磁铸造电磁作用力的数学分析及试验研究

对电磁铸造圆形感应器产生的磁场在金属熔体内的电磁作用力进行了理论分析和实验研究。指出导体中电磁作用力仅存在于径向及轴向方向上。电磁作用力的大小不仅与磁感应强度有关，还与磁感应强度的分布梯度有关；电磁有旋力是由于磁场分布不均匀造成的，其旋度方向在柱坐标系的周向方向上。试验研究分析了感应器结构、电流等工艺参数对电磁场分布的影响。     

脉冲波形对金属熔体内部电磁场分布的影响

建立了金属熔体内部电磁场分布的3-D模型,运用Maxwell软件模拟了正弦波、方形波和三角波脉冲电流作用下熔体内部磁感应强度的分布情况。结果表明,脉冲波形对金属熔体内部电磁场的分布及金属凝固组织的细化效果有很重要的影响。相同脉冲电流峰值和脉宽时,方形波的脉冲电流在金属熔体内部产生的感应电磁场强度大于三角波和正弦波。     

电磁场辅助激光熔覆技术的研究进展

激光熔覆技术在装备制造、石油化工等领域有着广泛应用,但熔覆层裂纹、气孔和夹杂、溶质元素分布不均匀及表面起伏等问题严重制约了其应用。因而,提高熔覆层质量,特别是减少高硬材料熔覆层裂纹,对发展激光增材制造和再制造技术具有重要意义。电磁场辅助激光熔覆技术具有组合形式多样、工艺可控性强、作用效果显著等特点,通过在激光熔覆过程中施加电磁场,利用电磁力对熔池的搅拌作用改变传质传热过程,可以实现提高熔覆层质量、细化微观组织、改善性能的目的。在介绍电磁场辅助激光熔覆技术的应用背景及技术特点的基础上,系统总结了国内外关于电磁场辅助激光熔覆技术相关研究的最新进展。梳理概括了电磁场对激光熔覆过程的影响机制,讨论了电磁场对熔体运动行为和凝固过程的影响机理。电磁场对熔体运动行为的影响主要体现在电磁搅拌效应、电磁制动效应、热电磁流体效应、电迁移效应、趋肤效应等方面;对熔体凝固过程的影响主要体现在晶粒破碎作用、原子团起伏效应、焦耳热效应等方面。同时,详细分析了不同电磁场形式(单一磁场、单一电场及电磁复合场)对激光熔覆涂层组织和性能的影响,并对比分析了不同电磁场形式的优缺点和差异性。归纳了现阶段应用于电磁场辅助激光熔覆的涂层材料体系,包括铁基涂层、镍基涂层、钴基涂层及复合涂层,重点讨论了电磁场对各类涂层组织成分均匀化和析出相及强化相分布规律影响的内在机理。同时结合电–磁–超声多场耦合辅助激光熔覆技术的最新成果,阐述了电磁场和超声场的耦合作用对激光熔覆涂层的影响。最后对现阶段电磁场辅助激光熔覆技术存在的问题及未来发展方向进行了展望。     

Effect of Magnetic Suspension Force in Electromagnetic Stirring on Microstructure of Al-Si Alloy

Based on Maxwell equations, the Lorentz force in Al-Si alloy melt was calculated during the process of electromagnetic stirring using analytic approximation method. The effects of magnetic suspension force on the microstructure of Al-Si alloy were given under different electromagnetic stirring frequency. The surface layer for alloy melt (thickness is about skin depth) were under a larger magnetic suspension force in intermediate frequency electromagnetic stirring. As a result, it was found that Si phase ten...     

钛合金真空自耗熔炼过程中电流、磁场和电磁力数值模拟

采用有限元模拟软件Ansys Electromagnetics Suite中Maxwell 3D模块建立钛合金真空自耗熔炼过程电磁场数学物理模型,分析并掌握熔炼过程中电流、磁场和电磁力相互作用规律,并研究了熔炼电流和搅拌电流变化对磁场及电磁力的影响。结果表明：铸锭中电流均呈向心分布,且集中分布在铸锭上部350 mm范围内;熔炼电流产生切向磁场,搅拌电流产生轴向磁场,两者进行简单耦合;在熔炼电流及其自感磁场的作用下,产生径向和轴向电磁力;该电磁力又在搅拌磁场的作用下发生旋转,产生切向电磁力;随熔炼电流线性变化,磁场切向分量和电磁力的径向和轴向合力均呈线性变化;随搅拌电流线性变化,磁场轴向分量和电磁力径向分量均呈线性变化。     

电磁离心凝固过程中宏观偏析的数值模拟

基于连续模型建立了非惯性坐标系下电磁离心凝固过程流动、传热、传质耦合数学模型．依此模型对Al-5％Cu合金进行了模拟计算．结果表明，电磁离心凝固过程中，电磁力使熔体的平均径向运动速度下降．熔体流动状态的改变使凝固合金外层的逆偏析减轻，凝固过程中两相区的负偏析也减轻．与普通离心铸造相比，电磁离心凝固可减轻铸件宏观偏析．模拟结果与实测铸件成分分布基本吻合，表明本数学模型较好地描述了电磁离心凝固过程．     

铝熔体中夹杂物形状与取向对其电磁分离的影响

采用有限元方法,对电磁场作用下铝熔体中任意形状与取向夹杂的受力进行数值计算。结果表明：不同形状与取向的夹杂均仅受到一个与熔体所受电磁力方向相反的斥力作用;电磁斥力的大小不仅与夹杂的形状有关,还受其取向的影响;当夹杂的形状奇异程度愈大时,取向对电磁斥力的影响也愈大;当夹杂在磁场方向的主轴长度较大,并且在电磁力方向的主轴长度较小时,夹杂所受电磁斥力不显著。     

Investigation of Out-Phase Electromagnetic Casting of Aluminum Alloy

The influences of out-phase electromagnetic field on the as-cast structure of horizontal direct chill casting aluminum alloy ingot were experimental by and numerical by studied. The results of numerical analysis show that the interaction of the out-phase electromagnetic field and the melt can generate an electromagnetically induced forced flow in the melt, which, in turn, changes flow pattern and temperature field in the mold. The as-cast structure of the ingot can be greatly improved by the changes of flow...