探讨振荡磁场对于铸锭凝固组织及元素分布的影响

3.0 闻远设计 2023-08-13 86 4 17.91KB 3 页 2光币

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探讨振荡磁场对于铸锭凝固组织及元素分布的

影响

　摘要：以Al-Cu 合金作为实验材料,开展了振荡磁场在电磁模铸的应用研究,研究了振荡磁场

对于铸锭组织及元素偏析的影响规律。结果表明:振荡磁场产生的振荡与强制对流作用能够有

效地控制铸锭的凝固过程,获得均匀细小的等轴晶组织,晶粒平均尺寸为 239.37μm。振荡磁场能

有效影响合金元素在铸锭中的分布,具有改善合金元素偏析的作用。

　关键词：Al-Cu 合金; 振荡磁场; 组织; 成分偏析;

The Application of Oscillating Magnetic Field in Al-Cu Alloy Casting

LIU Shu-tao WANG Zhen-zhe

China Nuclear Power Engineering Co.,Ltd.

　 Abstract:In this paper, Al-Cu alloy was used as the experimental material to study the effect of

oscillating magnetic field in electromagnetic die casting. The influence of oscillating magnetic field on

the ingot structure and element segregation was studied. The results show that the oscillation and

forced convection produced by the oscillating magnetic field can effectively control the solidification

process of the ingot. It obtained a uniform and fine equiaxed crystal structure. The average grain size

is 239.37 μm. The oscillating magnetic field can effectively affect the distribution of alloying elements

in the ingot, and has the effect on improving the segregation of alloying elements.

　　 0　引言

振荡磁场的产生,是通过在合金熔体中同时施加稳恒磁场和与稳恒磁场方向垂直的交流电场实现

的[1],二者的相互作用会产生一个方向周期变化的电磁力,在这个电磁力的作用下,合金熔体做反

复的振荡运动。实践中,振荡磁场的获得有两种方式,一种是同时施加稳恒磁场和垂直方向的交

流电场[2];另一种是稳恒磁场和交变磁场的复合,其中垂直方向上的交流电流是通过交变磁场在

熔体中感应产生的[3]。Alireza Radjai 等[4]研究了振荡磁场的强度和频率对铝硅亚共晶合金凝

固组织的影响,其振荡磁场是通过在金属熔体中同时施加交变电流和稳恒磁场来实现的。结果显

示,施加振荡磁场后,铝硅过共晶合金中的发达枝状晶组织消失了,并得到了细小均匀的类似等轴

晶的组织,在低电流强度下得到的是粗大的类等轴状晶粒组织,随着电流密度的增加,晶粒变得更

加细小均匀;在低的频率作用下,振荡磁场对于枝晶生长的抑制作用很有限,难以获得细小均匀的

等轴组织,而随着频率的提高,当频率为 1.5 kHz 时,能够获得细小均匀的等轴晶组织,且效果最佳,

而当频率提高到 10 kHz 时,振荡磁场不仅不能细化晶粒组织,反而会促使凝固组织完全转变为发

达的枝晶组织。鉴于在 Al-Cu 合金铸造过程中缺少对振荡磁场的研究,本文初步探索了振荡磁场

对Al-Cu 合金铸锭宏微观组织及元素偏析的影响。

　　 1　实验方法

本文以铜质量分数为 5%的铝铜合金作为实验材料,铜质量分数为 5%的铝铜合金是一种固溶型

合金。常温下,Cu 元素在 Al 中的固溶度比较小,因此质量分数为 5%的铝铜合金常温下以 α相和

析出的 CuAl2 共同组成。实验采用的是振荡磁场,磁场的参数为 160 A、20 Hz,振荡磁场的发生

装置和原理如图 1所示。试验中合金熔体的温度为 700 ℃,冷却水流量为 20 L/h。

图1 振荡磁场的装置原理

　　 2　结果与讨论

2.1 振荡磁场对铸锭宏观组织的影响

不同磁场条件下铝铜合金铸锭宏观组织如图 2所示。其中 2(a)为单独施加稳恒磁场条件下的铸

锭组织,磁场电流强度为 160 A,图2(b)为单独施加交变磁场条件下的铸锭组织,磁场参数为 160

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摘要：

探讨振荡磁场对于铸锭凝固组织及元素分布的影响　摘要：以Al-Cu合金作为实验材料,开展了振荡磁场在电磁模铸的应用研究,研究了振荡磁场对于铸锭组织及元素偏析的影响规律。结果表明:振荡磁场产生的振荡与强制对流作用能够有效地控制铸锭的凝固过程,获得均匀细小的等轴晶组织,晶粒平均尺寸为239.37μm。振荡磁场能有效影响合金元素在铸锭中的分布,具有改善合金元素偏析的作用。　关键词：Al-Cu合金;振荡磁场;组织;成分偏析;TheApplicationofOscillatingMagneticFieldinAl-CuAlloyCastingLIUShu-taoWANGZhen-zheChinaNucle...

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