【摘要】：利用低過熱度澆注和電磁攪拌技術(shù)制備半固態(tài)A356鋁合金漿料。采用變頻技術(shù)控制電磁攪拌裝置,探討了電磁攪拌頻率對(duì)半固態(tài)初生α相形貌的影響;通過數(shù)值模擬獲得了磁感應(yīng)強(qiáng)度較強(qiáng)的電磁攪拌頻率。研究結(jié)果表明,在半固態(tài)A356合金漿料的制備過程中,電磁攪拌頻率對(duì)半固態(tài)初生相的形貌影響很大,通過實(shí)驗(yàn)研究獲得了制備半固態(tài)A356鋁合金漿料的合適工藝參數(shù),即在澆注溫度620℃、保溫溫度590℃、保溫時(shí)間10min、攪拌時(shí)間15s的條件下,攪拌頻率為30Hz的晶粒細(xì)化效果最佳,其平均形狀因子為0.80,平均等級(jí)圓直徑為76.1μm。
【圖文】：

Ｄ軟件對(duì)自制的電磁攪拌器的磁場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算和仿真，目的是獲得磁場(chǎng)分布圖和磁感應(yīng)強(qiáng)度，通過仿真圖形可直觀地了解磁場(chǎng)分布情況和磁感應(yīng)強(qiáng)度。１．１有限元模形的建立建模時(shí)由于氣隙很小且很勻稱，所以只考慮徑向磁感應(yīng)強(qiáng)度，且假設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度沿著電磁攪拌器的軸向不變，不考慮其兩端的端部效應(yīng)，因此沿著攪拌器軸向的任一橫截面的電磁場(chǎng)都相同。采用Ｍａｘｗｅｌｌ２Ｄ電磁分析模塊對(duì)電磁攪拌器的磁場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，在ＲＭｘｐｒｔ模塊中建立電磁攪拌器磁場(chǎng)發(fā)生器的幾何模形。所得模型如圖１（ａ）所示。圖１電磁攪拌器電磁場(chǎng)發(fā)生器模型（ａ）和網(wǎng)格圖（ｂ）Ｆｉｇ．１Ｍｏｌｄ（ａ）ａｎｄｇｒｉｄｃｈａｒｔ（ｂ）ｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｇｅｎｅｒａｔｏｒｉｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｒ?qū)υ撃Ｐ瓦M(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用最大邊長(zhǎng)設(shè)置，攪拌器繞組的最大邊長(zhǎng)為４．４７５ｍｍ，攪拌器鐵心的最大邊長(zhǎng)為７．１ｍｍ。其網(wǎng)格劃分圖如圖１（ｂ）所示。１．２仿真結(jié)果在ＲＭｘｐｒｔ的求解設(shè)置選項(xiàng)中輸入電磁攪拌的仿真參數(shù)，為節(jié)約計(jì)算時(shí)間，只研究了電磁頻率為１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈｚ和４０Ｈｚ的攪拌器磁力線和磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖，如圖２、圖３所示。圖２不同電流頻率下電磁攪拌器中磁力線的分布Ｆｉｇ．２Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｌｉｎｅｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｉｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｒａｔｃｕｒｒｅｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ圖２中紅色磁力線為正向極值，藍(lán)色磁力線為負(fù)向極值。在磁場(chǎng)發(fā)生器凹槽附近等值線較大，向著周圍逐漸減校模擬結(jié)果表明，電流頻

攪拌，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需設(shè)置了１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、３０Ｈｚ和４０Ｈｚ四個(gè)攪拌頻率，攪拌時(shí)間為１５ｓ。由于合金的澆注溫度（６２０℃）接近其液相線溫度（６１５．３℃），且電磁攪拌是強(qiáng)制散熱過程，可使合金從攪拌初期就處于固相和液相共存的半固態(tài)狀態(tài)。攪拌結(jié)束后將鑄型放入保溫爐保溫，保溫溫度為５９０℃，保溫１０ｍｉｎ，待保溫結(jié)束之后取出鑄型，迅速進(jìn)行水淬。圖４為實(shí)驗(yàn)所用電磁攪拌器簡(jiǎn)圖。圖４電磁攪拌器簡(jiǎn)圖Ｆｉｇ．４Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｔｉｒｒｅｒ從鑄型中取出鑄錠，從距鑄錠底部１２ｍｍ（使所取樣品高度適中）處截取出半圓，再在取下的半圓的直徑方向截去邊部２～４ｍｍ的樣品，剩下的樣品從圓心處截�。保沧鳛榻鹣嘣嚇拥挠^察區(qū)域。對(duì)所取的樣品進(jìn)行粗磨、細(xì)磨和拋光，并在０．５％ＨＦ中腐蝕，采用ＺＥＩＳＳＡｘｉｏｓｋｏｐ２型光學(xué)顯微鏡拍攝金相照片，并用Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ、Ｉｍａｇｅｐｒｏ－ｐｌｕｓ、Ｏｒｉｇｉｎ８．０、Ｅｘｃｅｌ等相關(guān)軟件對(duì)其進(jìn)行平均形狀因子（Ｆ）和平均等積圓直徑（Ｄ）的計(jì)算。由于半固態(tài)初生相的晶粒形狀不是完美的球形，，考察其晶粒形狀時(shí)，將使用與晶粒等圓形狀折算的形狀Ｆ表示，稱作為晶粒的形狀因子：Ｆ＝４πＡＣ２（１）式中：Ａ為初生相晶粒的平均面積；Ｃ為初生相晶粒的平均周長(zhǎng)。Ｆ值越大、越接近１，半固態(tài)初生相的形狀越圓整。圖５不同攪拌頻率下的Ａ３５６合金的初生α相Ｆｉｇ．５ＰｒｉｍａｒｙαｐｈａｓｅｉｎＡ３５６ａｌｌｏｙｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｌ
【作者單位】： 江西理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院;江西理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(51361012) 江西省自然科學(xué)基金(20114bab206014;20142bab206012) 江西省教育廳科技落地計(jì)劃項(xiàng)目(KJLD12070);江西省教育廳科技項(xiàng)目(GJJ2014407)
【分類號(hào)】：TG292

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本文編號(hào)：2541331