脉冲电流作用下纯铝宏观凝固组织的变化

采用高压电容器为储能装置的脉冲电源,在不同的参数下,对纯铝液进行脉冲电流处理.实验结果表明:脉冲电流能够细化金属的凝固组织,使粗大柱状晶变成细小等轴晶.脉冲电流参数不同,对金属凝固组织的细化效果明显不同.     

铸型冷却强度对脉冲电流细化纯铝凝固组织的影响

通过改变脉冲电流参数和铸锭的冷却速度,研究了脉冲电流细化纯铝的规律.试验结果表明:在较快的冷却速度下脉冲电流峰值对组织细化程度的影响明显强于脉冲频率的作用.当频率超过200Hz后电流的热效应导致细化效果反而变差,同时电流的作用存在一个极限值,当电流峰值达到125A之后细化效果明显增强,但是继续提高参数,细化效果并没有随之提高.在较慢的冷却速率下,由于增加了脉冲电流的有效作用时间以及晶核迁移的时间,易于获得等轴晶组织.     

高密度脉冲电流定向凝固纯铝的组织演化

纯铝定向凝固过程加以高密度脉冲电流处理,研究了脉冲峰值电流密度对定向凝固组织的影响。随着脉冲电流密度的增大,定向凝固组织经历了由柱状晶→胞状晶→发达的枝晶→柱状晶3个演化阶段。基于感应磁场与脉冲电流的耦合作用,从电磁流体力学方面分析了高密度脉冲电流对凝固组织形成的作用机制。高密度脉冲电流在金属熔体内感生高频振荡磁场,并感生动态径向电磁压力,影响凝固界面上方金属液流场分布与金属凝固前沿的温度梯度,并对枝晶臂有冲刷作用,从而改变凝固组织形态。     

液态下施加直流电对工业纯铝凝固组织的影响

研究了在不同电流强度、处理时间和铝液处理量下,直流电处理对工业纯铝凝固组织的影响。实验结果表明,液态下施加直流电处理,可以细化工业纯铝的凝固组织,使粗大的柱状晶变为细小的等轴晶。处理参数不同,对铝锭宏观组织的细化程度不同:随着电流强度的增大,晶粒尺寸先减小后增大,当电流强度为20.5 A时,凝固组织基本为细小均匀的等轴晶;处理时间和铝液处理量对直流电处理也有较大的影响,只有在合适的条件下才能得到细小均匀的凝固组织。     

脉冲电流在纯铝凝固过程中的应用

从脉冲电流内在因素(如脉冲电流类型、脉冲电流参数选择等)和电流外在因素(如脉冲电流施加方式、通电时间控制等)两方面介绍了脉冲电流影响纯铝凝固组织的研究现状。从促进形核因素,如脉冲磁力作用、团簇结构理论、过冷度的影响、降低形核势垒;抑制晶粒生长因素,如焦耳热效应和Peltier热效应、枝晶断裂等多方面探讨了脉冲电流影响纯铝凝固组织的机理。并指出在机理方面尚未形成定论,将该项技术应用于工业生产存在一定的困难。但随着对其研究深入,必将成为未来先进的绿色凝固技术。     

高密度脉冲电流对纯铝凝固晶粒组织及其过冷度的影响

研究高密度脉冲电流作用下纯铝凝固组织的变化,考察放电能量对晶粒尺寸的影响.结果表明:随着脉冲能量的提高晶粒越来越细化,可以获得20 μm左右的均匀细小的等轴晶.但当单次脉冲能量达到180 J时,随能量的升高晶粒反而变粗,生成大量粗大的柱状晶.能量达到180 J后,过冷度也随之减小,最大过冷度达到1.8 ℃,是同样凝固条件下不施加脉冲的过冷度(0.5 ℃)的3倍.     

高密度脉冲电流对纯铝凝固组织的影响及其内在机理研究

研究了高密度脉冲电流作用下纯铝凝固组织的变化,考察了不同放电电压和放电电容对纯铝晶粒尺寸的影响.从高能量密度脉冲电流对纯铝结晶的形核率、过冷度和热效应三个方面的影响.对高能量密度脉冲电流细化晶粒的机理做了深入分析.结果表明:高密度脉冲电流可以显著地细化纯铝的凝固组织.随着放电能量的提高,纯铝的晶粒尺寸有大幅度的减小,可以获得均匀细小的等轴晶;但是当放电能量达到270J后,晶粒随放电能量的升高反而变粗,生成大量的粗大的柱状晶.     

不同参数脉冲电流对不锈钢Cr18Ni9Ti凝固组织的影响

采用储能电容为1200μF的脉冲电源，在不同的脉冲电压下，对奥氏体不锈钢1Crl8Ni9Ti进行脉冲电流处理。实验结果表明：脉冲电流能够细化奥氏体不锈钢的凝固组织，使奥氏体一次枝晶长度缩短，二次枝晶间距减小。在一定范围内，脉冲电压升高和脉冲重复率增大都有利于奥氏体不锈钢凝固组织的细化和改善。     

脉冲电流对过共晶铝硅合金凝固组织及力学性能的影响

将脉冲电流应用于过共晶铝硅合金的凝固过程中,通过改变脉冲电流参数(如峰值电流、脉冲占空比、脉冲频率),研究了各个参数对过共晶铝硅合金凝固组织及性能的影响。实验结果表明,脉冲电流对过共晶铝硅合金凝固组织的细化效果明显;经过脉冲电流处理后,合金试样的显微硬度、布氏硬度均得到很大提高,力学性能明显改善。     

功率超声对纯铝凝固组织的影响

对1.5 kg的纯铝熔体进行了功率超声辅助凝固试验,研究了功率超声对不同纯度纯铝凝固组织的影响,并比较了机械搅拌与功率超声的细化效果。结果表明,功率超声可以有效细化w(Al)=99.7%工业纯铝以及w(Al)=99.992%高纯铝的凝固组织。功率超声与机械搅拌相比,所获得的凝固组织更均匀且不易产生铸造缺陷。基于结晶游离理论讨论了功率超声的细化机制。功率超声的空化作用促进了超声耦合头附近液面的异质形核,声流作用则促进了晶粒的游离和沉淀。此二者的综合效应是等轴晶区形成的主要原因。     

高密度脉冲电流作用下LY12铝合金的凝固组织

研究了高密度脉冲电流作用下ＬＹ１２铝合金的凝固组织,试验结果表明嵩密度的脉冲电流可明显地改善该合金凝固组织。和未经电流处理的样品相比,其组织明显细化和等轴化,且脉冲电流愈强,且脉冲电流愈强,这种效果愈显著。     

方波脉冲电流对Al-Cu合金凝固组织的影响

针对单极方波脉冲电流幅值对Al-Cu合金凝固组织的影响进行了试验研究。结果表明,脉冲电流对亚共晶Al-5Cu和过共晶Al-50Cu合金的凝固组织和初生相有明显细化作用,这主要是由于方波脉冲电流频域较宽,高次波的能量衰减较慢,对凝固系统所做的有效功值较高。由于电流及感生磁场的不均匀性而产生的磁场梯度漂移和磁力线曲率漂移,使得过共晶Al-50Cu合金中Al3 及Cu 离子沿磁场方向迁移,在脉冲电场作用下,促使初生相CuAl2沿磁场方向优势生长。     

脉冲电流对Al-4.5Cu合金定向凝固组织的影响

研究了脉冲电流对Al-4．5Cu合金定向凝固过程及组织的影响。结果表明，随着脉冲电流峰值和频率的增大，Al—4．5Cu合金柱状晶被熔断，形态由细条状变为不连续，失去其定向凝固的取向性；且柱状晶间距随电流峰值和频率的增大而减小。由脉冲电流的引入而产生的脉冲磁压力及焦耳热效应在固液界面处造成的强烈扰动是定向凝固组织失去取向性的主要原因。     

铝合金铸件凝固微观模拟研究

通过对国内外微观组织模拟方法和对微观晶粒的形核和生长的研究,开发了微观组织模拟软件。利用该软件对Al-Si合金铸件凝固过程的微观组织形态进行了数值模拟,并能预测铸件的力学性能。模拟结果与实验的结果比较接近,说明了该软件具有应用前景,但部分功能还有待在实践中进一步完善。     

焊接参数对1350工业纯铝搅拌摩擦焊接头的组织及性能的影响

采用搅拌摩擦焊对3 mm厚的1350工业纯铝板材进行了对接,考察了ω/υ值对搅拌摩擦焊接头的组织和力学性能的影响.结果表明,在ω/v=5.0 r/mm时得到的接头表面粗糙,并且有隧道型孔洞生成,ω/v=8.3 r/mm时接头有“S”曲线缺陷生成,ω/v＞8.3 r/mm的条件下可以得到外表面美观、内部无缺陷的接头.搅拌区的面积和晶粒尺寸随着ω/v值的增大而增大.搅拌区的硬度变化趋势与ω/v值变化趋势不同.接头的抗拉强度、伸长率在ω/v值为5.0～10.0 r/mm范围内随着ω/v值增大而升高,ω/v为10.0 r/mm时达到最大值,进一步增大ω/v值将降低接头的力学性能.接头拉伸断口SEM显示,在ω/v＞8.3 r/mm时存在与母材类似的韧窝和撕裂棱,表明搅拌摩擦焊接头基本保持了母材良好的塑性.     

电流在金属凝固过程中的应用

综述了连续电流和脉冲电流在金属凝固过程中的应用现状,从理论上归纳和分析了电流对凝固过程产生作用的主要机制,并对电流在凝固过程中的应用和研究进行了展望。     

直流磁场对7075铝合金组织结构的影响

研究了在直流磁场下凝固的7075铝合金晶内溶质含量及凝固组织的变化。试验结果表明：与未施加磁场的试样相比，经过直流磁场处理后，7075铝合金中Zn、Mg、Cu3种溶质元素在晶粒内部的含量均增加。此外，直流磁场作用下，试样宏观组织的变化不明显，而晶内析出相的形貌和尺寸发生了显著变化，由无磁场时的粗大针状组织变为细小均匀的结构。探讨了磁场的作用机制。认为电磁场作用使得各溶质粒子对基体铝产生了相对运动，这种运动增强了溶质粒子在铝中的扩散，从而导致了晶内溶质含量的增加。     

中频低压脉冲电流对纯铝凝固组织的影响

通过调整脉冲电流峰值和脉冲频率，研究了中频低压脉冲电流对纯铝凝固组织的影响。试验结果表明：中频低压脉冲电流可使纯铝的凝固组织由柱状晶转变为等轴晶，电流峰值在500～6000A、脉冲频率在100～1000Hz范围内，随着脉冲电流峰值和脉冲频率的提高，等轴晶不断细化，等轴晶晶区面积增大。