电磁搅拌参数对椭圆坩埚中半固态铝合金熔体流动与凝固组织的影响

发布时间：2021-08-24 19:34

　　运用ANSYS有限元分析软件对半固态A356铝合金凝固过程中的流场进行模拟,研究电磁搅拌参数（电磁频率和电流强度）对合金熔体流动与凝固组织的影响。结果表明:随着电磁频率和电流强度的增大,半固态铝合金在椭圆坩埚长轴X和短轴Y上的最大电磁力和最大流速均呈现出先增大后减小的趋势,并且长轴X上的最大电磁力和最大流速均大于短轴Y上的;施加电磁搅拌后,电磁力从坩埚的中心处沿半径方向逐步增大,到0.8～0.9倍的坩埚半径处电磁力达到最大,超过该距离后,电磁力又开始急剧降低。椭圆坩埚中电磁力受电流强度的影响更大,而流速受电流强度和电磁频率的敏感度不如电磁力,但电流强度对流速的影响依旧略强于电磁频率;当电磁频率和电流强度分别为30 Hz和5 A时,半固态A356合金初生相的平均等积圆直径为106.1μm,平均形状因子为0.72,此时制备出的半固态合金组织最好。 

【文章来源】：中国有色金属学报. 2020,30(07)北大核心EICSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

计算流程示意图

图2 计算流程示意图图4所示为不同电磁频率下的电磁力在坩埚长轴X和短轴Y上的分布情况。由图4可知，在电流强度一定的情况下，随着电磁频率的增加相应半径位置上的电磁力也逐渐变大，且在同一电磁频率下，在坩埚的长半轴和短半轴的半径方向上，半固态铝合金熔体所受到的电磁力整体上变化趋势相同，都随着半径的增加而呈现出先增大后减小的趋势。从合金熔体中心处到0.8～0.9倍的坩埚半径处的电磁力达到最大，且长轴上的最大电磁力是短轴上的2倍左右，而超过该距离后，长轴和短轴上的电磁力均开始急剧降低。合金熔体的中心到0.4～0.6倍的坩埚长轴半径和短轴半径处，电磁力均出现了一个小幅增加，可能是由于模拟所用的是椭圆坩埚，其内部熔体的电阻率使得电磁场在熔体内的分布变得较为复杂，进而导致电磁力在0.4～0.6倍距离处出现了小幅增加。

实验用设备为EM100-4T91型多功能电磁搅拌器，主要由本体外壳、铁芯和线圈三大部分构成，电磁搅拌器的工作原理与三相两极式实心转子异步电动机的原理基本相同，因此构建的电磁搅拌器模型，可以按照三相异步电动机的定子模型[16-19]来建立。搅拌器形状尺寸为：外径d 560 mm，内径d 288 mm和高度400 mm；主要的技术参数为：额定电流为150 A，频率为1～35 Hz，极数6，定子外径与内径分别为516mm和454 mm，接线线圈匝数为120。实验所用非圆坩埚尺寸为长短轴比例为1.3:1的椭圆形坩埚，即长轴半径为42.6 mm，短轴半径为32.75 mm，高度为100mm，结构模型如图1所示。本实验主要运用有限元分析软件ANSYS15.0构建物理模型，设定电流强度和电磁频率的大小来求解半固态铝合金熔体所受的最大电磁力，再把求得的最大电磁力以外加力源的形式加载到铝合金熔体流场中，分析所用的类型选用标准湍流模型，从而求得电磁搅拌参数对铝合金熔体所产生的最大流速。1.4 物理模型假设

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3360590