结晶器材料对低频电磁铸造超高强铝合金铸态组织的影响

数值模拟了结晶器材料对低频电磁铸造超高强铝合金过程中铸锭内磁场的影响,空载测定了不同材料结晶器内部的磁场,采用实验进行验证．结果表明,选用高电阻率钛合金材料制作低频电磁铸造结晶器,能够大幅度地减小电磁场在结晶器中的涡流损耗,提高有效功率．在相同条件下,高电阻率钛合金结晶器的铸锭组织细小、均匀,铸锭边部和中部平均晶粒直径分别为24和27μm;而低电阻率铝合金结晶器的铸锭中间和边部的微观组织均为粗大的蔷薇型枝晶,晶粒平均直径分别为38和45μm,材料电阻率高的结晶器有利于溶质元素溶入晶内。     

低频电磁热顶铸造7050铝合金铸锭的表面质量和组织

在传统热顶铸造基础上,开发了一种新的热顶铸造结晶器,并在铸造过程中施加低频电磁场;得出了稳定铸造φ500mm 7050高强铝合金铸锭的工艺条件,当电磁场频率为15 Hz、磁场强度为10000 A/m时,铸造出了表面光滑的铸锭.采用偏光显微镜(Leica DMI)观察试样,分析试样的微观组织.试验结果表明:铸造过程中施加低频电磁场能提高铸锭的表面质量,细化铸锭的内部组织,抑制铸锭内部裂纹的产生.总结了低频电磁铸造改善表面质量和细化组织的原因以及低频电磁场对液穴形状的影响.     

低频电磁水平半连续铸造中磁场的分布及其对宏观偏析的影响

采用数值模拟的方法研究了低频电磁水平半连续铸造7075铝合金中不同强度及频率的磁场在熔体中的分布,并采用试验的方法研究了不同条件的磁场对铸锭宏观偏析的影响.将使用传统水平半连续铸造生产出的铸锭与低频电磁水平半连续铸造生产的铸锭进行了比较.研究结果表明:在传统水平半连续铸造工艺条件下,铸锭中易出现较严重的负偏析及重力偏析;然而,在低频电磁水平半连续铸造过程中,低频电磁场的存在明显削弱了铸锭中的宏观偏析.此外,磁场在熔体中的分布情况将直接影响其作用效果,提高磁场强度及适当降低磁场频率均有利于对宏观偏析的改善.     

低频电磁场对7050铝合金铸锭组织的影响

通过在常规半连续铸造过程中施加低频电磁场的方法制备了直径为162mm的7050铝合金铸锭,研究了电磁场对铸锭铸态组织的影响。结果表明,低频电磁场对7050铝合金铸态晶粒尺寸和组织形貌具有显著的影响。施加磁场后铸锭组织变得非常均匀、细小,平均晶粒尺寸由230μm细化至42μm左右,晶粒形貌由粗大枝晶转变等轴晶。电磁场频率和强度对晶粒细化具有重要的影响。对于低频电磁铸造162mm的7050铝合金铸锭,最佳电磁场参数:电磁场频率为25Hz,磁场强度为12800～16000At。     

低频电磁铸造超高强铝合金铸锭

通过使用数值模拟和实验相结合的方法,研究低频电磁场对铝合金半连续铸造过程中宏观物理场与铸锭的组织和裂纹的影响;比较低频电磁铸造和DC铸造过程的宏观物理场。结果表明：应用电磁场可以完全改变熔体的流动方向,加快流动速度,均匀熔池内熔体温度,降低温度梯度,提升等温线,减少液穴深度和铸造应力及塑性变形;低频电磁铸造还可以明显细化铸锭的微观组织和消除铸造裂纹,其原因是低频电磁场改变了宏观物理场。     

硬铝合金圆坯电磁软接触铸造过程温度场模拟研究

对圆坯电磁软接触铸造过程中的温度场进行了数值模拟分析,研究了电磁场参数感应热、安培匝、频率以及下拉速度、结晶器壁厚、结晶器开缝数对熔体温度场的影响,研究表明施加电磁场后使得熔体内温度趋于均匀;熔体的温度对拉速非常敏感,拉速每增加0.01m/s,结晶器内熔体平均温度降低量减少约30K;施加电磁场之后熔体平均温度随着安培匝的增加而升高;在其他参数固定前提下,结晶器壁厚每降低1mm熔体温度平均升高约1.6K;开缝数每增加一个,平均温度增加约0.2K;在其他参数固定前提下,频率对温度场的影响不明显。     

低频电磁铸造对7050铝合金羽毛晶组织缺陷的影响

常规DC铸造7050铝合金铸锭常常含有羽毛晶组织缺陷.采用低频电磁铸造技术,半连续铸造制备了直径为200 mm的7050铝合金锭坯,考察了电磁场对羽毛晶组织缺陷的影响.结果表明,在低频电磁场作用下,半连续铸造组织得到显著细化,为均匀细小的球形和多边形等轴晶组织,有效抑制了羽毛晶组织缺陷的产生.     

7A60超高强铝合金的低频电磁铸造(Ⅰ)--直径0.2m锭坯的铸态组织

采用低频电磁铸造技术, 半连续铸造制备了直径为0.2 m的7A60超高强铝合金锭坯. 研究了铸锭表面质量和内裂纹发生情况, 考察了电磁场频率和强度对铸态组织的影响. 结果表明 低频电磁场可消除锭坯裂纹, 改善其表面质量. 在低频电磁场作用下, 半连续铸造组织得到显著细化, 铸锭边部和中间部位的晶粒大小差别减小, 其平均晶粒尺寸分别为30 μm和45 μm. 适当降低电磁场频率和增加强度有利于获得细小均匀的等轴晶组织, 铸造组织最佳的电磁场频率为25 Hz, 安匝数为18 000 A*turn.     

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.     

电磁铸造对铝合金铸件力学性能的影响

设计制造了电磁铸造实验装置,应用正交实验方法,研究电磁铸造铝合金铸件力学性能的主要影响因素。结果表明:对ZL104的性能影响程度大小的顺序依次是:磁场强度、电流、循环时间;在电磁场作用下ZL104合金铸件的力学性能有显著提高。研究结果对铝合金电磁铸造技术的应用有重要的意义。     

异相位电磁连铸的电磁场分析

采用ANSYS有限元软件对空心管异相位电磁连铸中电磁场、力场的分布进行了模拟．结果表明：异相位磁场作用下,铸管中磁感应强度高且分布均匀;壁厚中部的金属熔体受到沿径向的电磁推力,向外结晶器方向流动;石墨环附近的金属熔体和初凝壳受到电磁斥力的作用,可以避免“抱芯”,减少摩擦,抑制了偏析瘤的形成,进而提高了铸管表面质量．     

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.     

Effect of mould material on aluminum alloy ingot quality under low frequency electromagnetic casting

F or a semi-continuous aluminum casting process, it is essential to supply high quality aluminum alloy ingot without internal and outside defects. The use of electromagnetic fields to control the size and shape of grains has become one of the most promising methods [1-5] in many engineering applications and tends to be widespread in industries. The application of electromagnetic casting (EMC) technique for improving products quality has attracted a great deal of attention in recent years, and…     

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。     

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。     

Effect of harmonic magnetic field and pulse magnetic field on microstructure of high purity Cu during electromagnetic direct chill casting

The effects of two types of magnetic fields, namely harmonic magnetic field (HMF) and pulse magnetic field (PMF) on magnetic flux density, Lorentz force, temperature field, and microstructure of high purity Cu were studied by numerical simulation and experiment during electromagnetic direct chill casting. The magnetic field is induced by a magnetic generation system including an electromagnetic control system and a cylindrical crystallizer of 300 mm in diameter equipped with excitation coils. A comprehensive mathematical model for high purity Cu electromagnetic casting was established in finite element method. The distributions of magnetic flux density and Lorentz force generated by the two magnetic fields were acquired by simulation and experimental measurement. The microstructure of billets produced by HMF and PMF casting was compared. Results show that the magnetic flux density and penetrability of PMF are significantly higher than those of HMF, due to its faster variation in transient current and higher peak value of magnetic flux density. In addition, PMF drives a stronger Lorentz force and deeper penetration depth than HMF does, because HMF creates higher eddy current and reverse electromagnetic field which weakens the original electromagnetic field. The microstructure of a billet by HMF is composed of columnar structure regions and central fine grain regions. By contrast, the billet by PMF has a uniform microstructure which is characterized by ultra-refined and uniform grains because PMF drives a strong dual convection, which increases the uniformity of the temperature field, enhances the impact of the liquid flow on the edge of the liquid pool and reduces the curvature radius of liquid pool. Eventually, PMF shows a good prospect for industrialization.

     

Modeling and Experimental Research of Four-Strand Low-Frequency Electromagnetic Casting Aluminum Alloy

With the aid of ANSYS software, the effect of different mould external part materials on magnetic flux density in the aluminum melt and magnetic field interaction of four coils applied with same currents were investigated. Calculating results showed that magnetic flux density in the aluminum melt was greatly improved and the magnetic field interaction among different coils was decreased when external part of mould is made of soft magnetic material. Based on the finding, a four-strand low-frequency electromagnetic casting 6063 aluminum alloy experiment was carried out in the laboratory. The experiment showed that the surface of the billet was smooth and had no exudations and cold shuts, the as-cast microstructures were fine, uniform, equiaxed, net-globular or globular under low-frequency electromagnetic field. The microstructure becomes finer with increased current value.     

电磁搅拌铝钛硼中间合金的洁净化

本文研究了电磁搅拌对铝钛硼中间合吉净化的影响。结果表明：黾磁搅拌能去除铝钛硼间合金中的夹渣,并且谘流磁场比直流磁场渣效果好;铝钛硼中间合金在磁感应度为０．２４Ｔ的交流磁下搅拌３ｍｉｎ。除渣效果最明显;电磁搅拌还在一定程度上改善了铝钛 间合金的细化效果。初步探讨了电磁搅拌的除渣机理,认为电磁场不仅能引熔体的旋转,而且在熔体中固液界面前约１ｃｍ范围内存在一个附加环流（次级流）,附加充的存在是电磁搅拌除     

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.