电磁搅拌频率对半固态A356初生α相的影响

发布时间：2019-09-25 08:03

【摘要】：利用低过热度浇注和电磁搅拌技术制备半固态A356铝合金浆料。采用变频技术控制电磁搅拌装置,探讨了电磁搅拌频率对半固态初生α相形貌的影响;通过数值模拟获得了磁感应强度较强的电磁搅拌频率。研究结果表明,在半固态A356合金浆料的制备过程中,电磁搅拌频率对半固态初生相的形貌影响很大,通过实验研究获得了制备半固态A356铝合金浆料的合适工艺参数,即在浇注温度620℃、保温温度590℃、保温时间10min、搅拌时间15s的条件下,搅拌频率为30Hz的晶粒细化效果最佳,其平均形状因子为0.80,平均等级圆直径为76.1μm。
【图文】：

网格图,电磁搅拌器,电磁场,网格图

Ｄ软件对自制的电磁搅拌器的磁场进行计算和仿真，目的是获得磁场分布图和磁感应强度，通过仿真图形可直观地了解磁场分布情况和磁感应强度。１．１有限元模形的建立建模时由于气隙很小且很匀称，所以只考虑径向磁感应强度，且假设磁感应强度沿着电磁搅拌器的轴向不变，不考虑其两端的端部效应，因此沿着搅拌器轴向的任一横截面的电磁场都相同。采用Ｍａｘｗｅｌｌ２Ｄ电磁分析模块对电磁搅拌器的磁场进行计算，在ＲＭｘｐｒｔ模块中建立电磁搅拌器磁场发生器的几何模形。所得模型如图１（ａ）所示。图１电磁搅拌器电磁场发生器模型（ａ）和网格图（ｂ）Ｆｉｇ．１Ｍｏｌｄ（ａ）ａｎｄｇｒｉｄｃｈａｒｔ（ｂ）ｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｇｅｎｅｒａｔｏｒｉｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｒ对该模型进行网格划分，采用最大边长设置，搅拌器绕组的最大边长为４．４７５ｍｍ，搅拌器铁心的最大边长为７．１ｍｍ。其网格划分图如图１（ｂ）所示。１．２仿真结果在ＲＭｘｐｒｔ的求解设置选项中输入电磁搅拌的仿真参数，为节约计算时间，只研究了电磁频率为１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈｚ和４０Ｈｚ的搅拌器磁力线和磁感应强度分布图，如图２、图３所示。图２不同电流频率下电磁搅拌器中磁力线的分布Ｆｉｇ．２Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｌｉｎｅｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｉｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｒａｔｃｕｒｒｅｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ图２中红色磁力线为正向极值，蓝色磁力线为负向极值。在磁场发生器凹槽附近等值线较大，向着周围逐渐减校模拟结果表明，电流频

金相照片,电磁搅拌器

搅拌，根据实验所需设置了１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈｚ和４０Ｈｚ四个搅拌频率，搅拌时间为１５ｓ。由于合金的浇注温度（６２０℃）接近其液相线温度（６１５．３℃），且电磁搅拌是强制散热过程，可使合金从搅拌初期就处于固相和液相共存的半固态状态。搅拌结束后将铸型放入保温炉保温，保温温度为５９０℃，保温１０ｍｉｎ，待保温结束之后取出铸型，迅速进行水淬。图４为实验所用电磁搅拌器简图。图４电磁搅拌器简图Ｆｉｇ．４Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｔｉｒｒｅｒ从铸型中取出铸锭，从距铸锭底部１２ｍｍ（使所取样品高度适中）处截取出半圆，再在取下的半圆的直径方向截去边部２～４ｍｍ的样品，剩下的样品从圆心处截取１／２作为金相试样的观察区域。对所取的样品进行粗磨、细磨和抛光，并在０．５％ＨＦ中腐蚀，采用ＺＥＩＳＳＡｘｉｏｓｋｏｐ２型光学显微镜拍摄金相照片，并用Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ、Ｉｍａｇｅｐｒｏ－ｐｌｕｓ、Ｏｒｉｇｉｎ８．０、Ｅｘｃｅｌ等相关软件对其进行平均形状因子（Ｆ）和平均等积圆直径（Ｄ）的计算。由于半固态初生相的晶粒形状不是完美的球形，，考察其晶粒形状时，将使用与晶粒等圆形状折算的形状Ｆ表示，称作为晶粒的形状因子：Ｆ＝４πＡＣ２（１）式中：Ａ为初生相晶粒的平均面积；Ｃ为初生相晶粒的平均周长。Ｆ值越大、越接近１，半固态初生相的形状越圆整。图５不同搅拌频率下的Ａ３５６合金的初生α相Ｆｉｇ．５ＰｒｉｍａｒｙαｐｈａｓｅｉｎＡ３５６ａｌｌｏｙｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｌ
【作者单位】：江西理工大学机电工程学院;江西理工大学材料科学与工程学院;
【基金】：国家自然科学基金(51361012) 江西省自然科学基金(20114bab206014;20142bab206012) 江西省教育厅科技落地计划项目(KJLD12070);江西省教育厅科技项目(GJJ2014407)
【分类号】：TG292

【相似文献】