脉冲磁场对铝合金凝固控制

发布时间：2017-09-26 17:29

  本文关键词：脉冲磁场对铝合金凝固控制

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【摘要】：凝固组织很大程度上决定着铸锭的性能,凝固组织的细化有利于铸锭机械性能的提高。因此,探索细化金属凝固组织的方法一直是金属材料研究领域中重要的课题之一。脉冲磁场是最近几年发展起来的一种处理金属熔体的新型磁场,在凝固组织细化方面受到越来越多的关注。本文在研究探讨脉冲磁场对纯铝凝固组织细化机理的同时,尝试将脉冲磁场运用到6063铝合金的垂直半连续铸造过程中。将脉冲磁场应用到工业纯铝的凝固过程中,实验结果表明,不同脉冲电压、脉冲频率条件下纯铝凝固组织都得到很好的细化。未施加脉冲磁场时,纯铝的凝固组织为粗大的柱状晶；当施加脉冲磁场时,凝固组织为细小的等轴晶。为了更好的了解脉冲磁场对纯铝凝固过程的影响,将两根K型热电偶插入到熔体边缘和中心部位,测量熔体的凝固曲线。结果表明：施加脉冲磁场以后,熔体边缘与中心部位的温度梯度减小,熔体内温度场趋于均匀。同时测量室温条件下脉冲磁场对纯铝的焦耳热效应,通过测量的实验结果计算可知脉冲磁场作用下焦耳热的输入值为0.17 W·cm-3。相比结晶潜热值8W·cm-3,脉冲磁场在细化纯铝凝固组织过程中产生的焦耳热可以忽略不计。为了进一步探索脉冲磁场的细化机理,将铝液浇注到预热温度较低的石墨模具内,控制边缘温度以形成不同厚度的凝壳,然后施加脉冲磁场。实验结果表明,当凝固壳层较薄时,脉冲磁场促使凝壳上端破碎,熔体中心部位为细小等轴晶与粗大等轴晶的混合组织。随着凝固壳层厚度的增加,脉冲磁场将不再起作用。在模具不同位置施加脉冲磁场可知,脉冲磁场将在施加磁场位置以及施加位置以下将产生很好的细化作用。本文通过自主设计结晶器,将脉冲线圈置于结晶器内,尝试将脉冲磁场应用到6063铝合金垂直半连续铸造过程中。实验结果表明,在6063铝合金垂直半连续过程中施加脉冲磁场,铝合金的凝固组织得到很好的细化。在未施加脉冲磁场时,凝固组织为粗大的等轴晶：当施加脉冲磁场时,凝固组织为细小的等轴晶,并且随着脉冲电压的增加,凝固组织细化越均匀。当脉冲电压增至700V、频率为10Hz时,平均晶粒尺寸从原始的2000 μ m减小到200 μ m。将获得的铸锭进行热处理,测量其拉伸性能和硬度。结果表明,未施加脉冲磁场时,6063铝合金铸锭的布氏硬度和极限抗拉强度分别为77.2HB和174.7MPa。当在6063铝合金垂直半连续中施加脉冲磁场时,铸锭的力学性能得到很大的提高。脉冲磁场的电压从300 V增至500V、700V时,铸锭的布氏硬度分别为100.3HHB、102.4HB、104.7HB；铸锭的极限抗拉强度分别为220 MPa、230.3MPa、249MPa。
【关键词】：脉冲磁场 凝固组织 连续铸造 机械性能
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG292
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 立题背景及意义9-10
• 1.2 电磁场在材料加工中的应用10
• 1.3 脉冲磁场在材料应用的研究现状10-15
• 1.3.1 脉冲磁场对纯金属凝固组织的影响11-13
• 1.3.2 脉冲磁场对合金凝固组织的影响13-14
• 1.3.3 脉冲磁场对复合材料组织的影响14-15
• 1.4 脉冲磁场对凝固组织细化机理的研究现状15-18
• 1.5 本论文的研究目的及主要研究内容18-20
• 2 脉冲磁场细化机理的探讨20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 实验装置20-23
• 2.2.1 脉冲电源20-22
• 2.2.2 脉冲磁场处理装置22
• 2.2.3 脉冲电流波形的测量22-23
• 2.3 实验材料及过程23-24
• 2.4 实验结果24-26
• 2.5 讨论26-33
• 2.5.1 脉冲磁场作用下洛伦兹力26-27
• 2.5.2 脉冲磁场作用下冷却速率及焦耳热27-29
• 2.5.3 脉冲磁场对纯铝凝固壳层的影响29-30
• 2.5.4 不同部位施加脉冲磁场对凝固组织的影响30-32
• 2.5.5 脉冲磁场对纯铝凝固组织的细化机理32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 3 脉冲磁场作用下6063铝合金垂直半连续铸造过程34-55
• 3.1 引言34
• 3.2 实验装置与工艺34-43
• 3.2.1 实验装置34-38
• 3.2.2 脉冲系统电流波形的测量38-39
• 3.2.3 工艺参数39-41
• 3.2.4 工艺流程41-42
• 3.2.5 试样制备及性能分析42-43
• 3.3 实验结果43-49
• 3.3.1 脉冲磁场对6063铝合金凝固组织的影响43-48
• 3.3.2 脉冲磁场对6063铝合金力学性能的影响48-49
• 3.4 分析与讨论49-54
• 3.5 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-60
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况60-62
• 致谢62-63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘立强,李秋书,李仁兴,侯旭,翟启杰;脉冲磁场下铝液凝固组织的研究[J];中国铸造装备与技术;2004年01期

2 张苏;杨钢;易健宏;李明晓;吴云峰;赵娜;;Al-Ti-B中间合金的制备方法研究进展[J];新技术新工艺;2012年12期

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本文编号：924833