电磁搅拌法制备半固态浆料过程电磁场、流场和温度场的数值模拟

建立了铝合金半固态浆料电磁搅拌过程宏观传输物理量耦合的数学模型,采用有限元和有限差分相结合的方法实现电磁搅拌条件下电磁场、流场和温度场的耦合模拟分析,研究电磁搅拌工艺参数对流场和温度场的影响规律,并进行实验验证。结果表明:水平旋转的电磁力场在铝合金熔体内均匀分布,其方向与交变电磁场的旋转方向一致,大小则因集肤效应从边部到中心递减;熔体内速度场分布与电磁力相似,但随着搅拌时间的延长,熔体温度降低,速度不断降低;电磁搅拌条件下熔体凝固速度加快,熔体心部和边部的温度梯度变小;搅拌电流强度和频率对电磁场、速度场和温度场分布的影响非常明显。     

螺旋环缝电磁场对7075合金熔体处理过程中多物理场及组织的影响

采用Ansys Workbench软件对螺旋环缝式电磁场作用下7075铝合金熔体处理过程中的电磁场、流场及温度场进行了耦合数值模拟。结果表明,与旋转电磁场相比,螺旋电磁场能同时在轴向及径向上对熔体施加较强的剪切作用,降低了7075铝合金熔体的温度梯度。试生产结果表明,经螺旋环缝式电磁搅拌处理后的7075铝合金平均晶粒尺寸减小且均匀性明显提高,宏观偏析也得到明显改善,试验结果与模拟结果一致。     

电磁场作用下中铝合金熔体流动的混沌特征的仿真与分析

为探明铝合金熔体在电磁场作用下的流动特征,利用Fluent软件模拟电磁场作用下铝熔体中微粒的流动轨迹,计算这些流动轨迹的混沌特征参数:最大Lyapunov指数及Kolmogorov熵。并根据不同电磁频率搅拌下铝合金熔体中微粒的运动轨迹,对其进行混沌特征判断及分析。结果表明:铝合金熔体在电磁场作用下的流动具有混沌特征;电磁频率为5、15和30 Hz时,在铝合金熔体中都发生了混沌对流,其最大Lyapunov指数都大于0,且其Kolmogorov熵随着电磁频率增大而迅速增加,说明其系统内混沌程度越大,信息损失量也越大。     

镁合金双辊铸轧铸嘴内部熔体流动数值模拟

分析了铸嘴内部分流结构对型腔内镁合金熔体流场、温度场产生的影响.采用有限差分的SOLA-VOF法,建立镁合金双辊铸轧立板过程中流动区域的三维流场与温度场耦合模型,在相同的铸轧立板条件下(前箱液面高度、前箱熔体温度固定),数值模拟了不同形状的铸嘴型腔结构对熔体流动速度及温度分布的影响.模拟结果表明,分流块的大小、形状及位置对温度场及流动场影响显著,采用小尺寸、多数量的分流块将有利于在铸嘴型腔内形成均匀的流动场和温度场.通过工艺试验,验证了模拟结果,根据模拟结果改进了铸嘴内部结构,使金属熔体流场、温度场分布均匀,获得了高质量的镁合金铸轧板材.     

电磁场下AA3003/AA4045铝合金复层管坯水平连铸技术

采用数值模拟方法研究在电磁场下AA3003/AA4045铝合金复层管坯的水平连铸制备过程。为了考察电磁场对复层管坯水平连铸过程的影响,建立一个三维分析模型并对有无施加电磁场时的两个水平连铸过程分别进行全面地模拟与分析。数值模拟结果表明：施加旋转电磁搅拌后,铝合金熔体的紊流作用增强,糊状区的范围增大,糊状区的温度梯度减小且温度场变得均匀,铝合金熔体的固相率下降。这些改变有利于复层管坯组织的细化及复合界面元素的扩散。采用与数值模拟相同的工艺参数进行实验,结果证实在电磁场作用下复层管坯组织得到细化并且复合界面的元素扩散作用增强。     

电磁场下AA3003/AA4045铝合金复层管坯水平连铸技术（英文）

采用数值模拟方法研究在电磁场下AA3003/AA4045铝合金复层管坯的水平连铸制备过程。为了考察电磁场对复层管坯水平连铸过程的影响,建立一个三维分析模型并对有无施加电磁场时的两个水平连铸过程分别进行全面地模拟与分析。数值模拟结果表明:施加旋转电磁搅拌后,铝合金熔体的紊流作用增强,糊状区的范围增大,糊状区的温度梯度减小且温度场变得均匀,铝合金熔体的固相率下降。这些改变有利于复层管坯组织的细化及复合界面元素的扩散。采用与数值模拟相同的工艺参数进行实验,结果证实在电磁场作用下复层管坯组织得到细化并且复合界面的元素扩散作用增强。     

电磁搅拌法制备铝合金半固态浆料过程中磁场和流场的数值模拟

利用ANSYS软件,对电磁搅拌作用下铝合金半固态浆料中的电磁场和流场进行数值模拟.分析电流强度和频率变化对磁感应强度的影响,并分析粘度变化对熔体流动速度的影响.结果表明,在电磁力的作用下,铝合金熔体在水平方向上产生旋转流动;由于感应电流的集肤效应,合金熔体中的电磁力由外向内依次减小;在相同频率下,半固态浆料中的磁感应强度随着电流强度的增加而增加;在相同电流强度下,磁感应强度随着频率的增加而减小;随着半固态浆料的温度降低,其粘度增大,流动速度减小.     

电磁搅拌对Al-Si合金流动性及凝固组织的影响

采用同心三螺旋线流动性测试装置,通过对比试验的方法,获得了不同浇注温度条件下未经电磁搅拌处理、经电磁搅拌处理及电磁搅拌后再保温处理的铝合金流动指数和凝固组织,进而探讨了电磁搅拌对合金熔体结构的影响。结果表明:与未经电磁搅拌处理相比,经电磁搅拌处理后合金熔体的流动指数明显提高,浇注温度722℃时,流动指数提高约2%,浇注温度670℃时,流动指数提高约13%,其本质原因在于电磁搅拌作用使熔体中微观不均匀的Si—Si原子集团尺寸和形状发生改变,进而使熔体温度场与浓度场更加均匀、形核率得到进一步提高,且电磁搅拌温度愈低,这种作用愈强烈;电磁搅拌后再保温处理的流动指数降低7%,且凝固组织比较粗大,说明合金熔体经保温处理后电磁搅拌作用会发生衰退乃至最终消失。     

铝合金半固态浆料电磁搅拌下流场的数值模拟

根据实际条件确定了电磁搅拌的磁流耦合场模型有关参数,应用数值模拟软件,采用二维轴对称模型对铝合金半固态电磁搅拌的流场进行了模拟.计算了搅拌频率为50Hz,电流密度为3x105,6x106.1x106、2x106A/m2时的流场分布,发现铝合金熔体内部最大流速和最大剪切速率随电流密度的增加而线性增大.     

电磁搅拌法制备半固态浆料过程中电磁场的数值模拟

建立了电磁搅拌法制备半固态金属浆料电磁场的计算模型,采用商用ANSYS软件对电磁场分布进行了数值模拟,分析了线圈和坩埚间的缝隙、坩埚材质、电流和频率对磁感应强度的影响规律,并进行了相应的试验验证.研究结果表明,电磁场模拟结果与试验结果具有较好的一致性,验证了计算模型与软件算法的可行性.在电磁力的作用下,铝合金熔体在水平方向上产生旋转运动,由于感应电流的集肤效应,合金熔体中的电磁力由外向内依次减小;磁感应强度随频率的增大而依次减小,随电流的增大而依次增大;在选用不锈钢坩埚,坩埚和线圈间缝隙为5 mm时可以使铝合金熔体获得的磁感应强度最大;在电流为50 A,频率为10 Hz时电磁搅拌法可以获得更加细小均匀的半固态组织.     

强制对流流变成形制备7075铝合金半固态浆料及其数值模拟(英文)

采用自主研发的强制对流流变装置,研究搅拌速度对7075铝合金半固态组织的影响规律。实验结果表明,随着搅拌速度的增加,半固态组织的晶粒尺寸减小,形状因子及粒子数增加。同时,对强制对流流变成形浆料制备过程进行数值模拟,研究熔体在筒体内的流动规律和搅拌速度对合金熔体温度场和固相率的影响。模拟结果表明,合金熔体在FCR筒体内存在复杂的对流运动,熔体对流极大地改变了合金熔体温度场和固相率的分布。增加对流强度有利于减小合金熔体的过冷度梯度和改善初生晶粒的分布。     

铝锡合金电磁搅拌工艺参数的模拟分析

通过对AlSn8Si2Pb2CuCr搅拌过程的模拟分析，得到了搅拌频率和搅拌电压与搅拌后熔体密度之间的关系，在分析搅拌条件对搅拌效果影响的基础上，确定了最佳工艺参数，即各线圈之间的相位差为90℃,搅拌频率为50Hz，搅拌电压为7V时，能得到最为均匀的密度分布，计算结果与试验值吻合。     

电磁搅拌作用下铝合金凝固组织的数值模拟

建立了有限元(Finite Element)和元胞自动机法(Cellular Automaton)相结合的宏微观耦合的CA-FE模型,实现了电磁搅拌作用下Al-5％Cu合金凝固组织的数值模拟.该模型利用ANSYS软件计算电磁力,利用有限差分法计算宏观流场和温度场.在微观计算中,采用基于高斯分布的连续形核模型,并采用KGT生长模型计算枝晶尖端生长速率.模拟和实验结果表明,施加电磁搅拌后,铝合金的温度场均匀,冷却速率加快,利于组织细化.     

Simulation on solidification of an Al-Ni alloy under electromagnetic stirring

The microstructure of Al-Ni alloy has a significant influence on its performance,while electromagnetic stirring is one of the most effective methods for control of solidification structure of Al alloy....     

Effect of ultrasonic stirring on temperature distribution and grain refinement in Al- 1.65%Si alloy melt

A series of experiments were conducted for Al-1.65%Si （mass fraction） alloy melt to study the formation of grain refining structure with ultrasonic stirring. The cooling curves of ingots with ultrasonic were measured and compared with those without ultrasonic. At the same time, the effect of the time of ultrasonic stirring on solidification structure of ingots was investigated. The influence of ultrasonic on the grain-refining efficiency of ingots was analyzed. In order to well understand the melts behavior under ultrasonic, by using ammonium chloride solution, the simulation experiment was carried out and the temperature distribution in ingot with or without ultrasonic was compared. The results indicate that the ultrasonic reduces the temperature inhomogeneity of melt, i.e. the ultrasonic helps to homogenize the melt temperature. The effect of stirring and heat generation in ingot start to occur with increasing the time of ultrasonic stirring.     

电磁搅拌对激光熔凝TA15钛合金熔池凝固研究

为了研究电磁搅拌作用对激光熔凝熔池凝固过程的影响,采用有限体积法对施加磁场前后激光单道动态熔凝TA15钛合金过程进行三维磁-热耦合数值模拟。研究了磁场对激光熔池流场、熔凝单道及其周边基材温度分布、固液界面处温度梯度和凝固速度的影响,并采用试验手段对模拟结果进行了验证。模拟结果表明:电磁搅拌作用使激光熔池最大流速增加了约20%,对流加剧促进了熔池热交换作用,使其最高温度下降,固液分界面处温度梯度大幅降低,凝固速度小幅增大,从而有利于熔池顶部组织发生柱状晶-等轴晶转变(CET)。试验结果显示施加磁场后熔凝层顶部有等轴晶组织生成,且随着远离磁场中心,电磁力增大,等轴晶区有扩大趋势。试验结果和模拟结果一致性较好。     

超声对7050铝合金凝固组织影响的数值模拟

采用Procast-CAFE模块,建立了7050铝合金形核和晶粒生长的数学模型,模拟了7050铝合金在不同功率超声作用下组织的演化过程。结果表明,随着超声功率增大,熔体形核率增大,晶粒细化效果更好,组织分布更均匀,平均晶粒尺寸更小。模拟结果与试验结果符合。     

Numerical simulation on electromagnetic field,flow field and temperature field in semisolid slurry preparation by A-EMS

A two-dimensional computational model coupling an annular electromagnetic stirring (A-EMS) with a macroscopic heat and fluid flow analysis in Al-alloys semisolid slurry preparation was developed. The dynamic evolutions of the electromagnetic field, flow field, and temperature field were presented successfully by commercial software ANSYS 10.0 with corresponding experimental verification. A horizontally rotational electromagnetic field and, thereby, a more intensive velocity field were uniformly distributed in the stirred melt even at commercial frequency, and thus, a lower temperature difference in the stirred melt and subsequent uniformly fine microstructures were obtained compared with the normal electromagnetic stirring. The simulation results were in good agreement with experimental ones.