發(fā)布時(shí)間：2021-08-15 06:00

　　目前,全球航空航天和軌道交通產(chǎn)業(yè)正處于高速發(fā)展階段,需要大量高性能材料為其保駕護(hù)航。在眾多高性能材料之中,大規(guī)格高強(qiáng)韌鋁合金占據(jù)著舉足輕重的地位。航空航天和軌道交通用高強(qiáng)韌鋁合金通常為變形件,因此其性能一方面取決于變形工藝,另一方面也取決于變形加工的基礎(chǔ)——鑄錠。但是,隨著鑄錠規(guī)格的增大,組織粗大、不均勻以及宏觀偏析等問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重,極大地削弱了材料的服役性能。傳統(tǒng)電磁攪拌法通常施加于熔體外部,由于交變電磁場(chǎng)存在集膚效應(yīng),因此只能解決較小規(guī)格鑄錠中存在的這些問(wèn)題,對(duì)直徑超過(guò)600mm的鑄錠的攪拌效果則大打折扣。為此,本文發(fā)明了在熔體內(nèi)部施加兼具冷卻功能的電磁攪拌新方法——內(nèi)置電磁攪拌,開(kāi)展了內(nèi)置電磁攪拌半連續(xù)鑄造制備大規(guī)格高強(qiáng)韌鋁合金鑄錠的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究,具體的研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)果如下:（1）建立了溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)和電磁場(chǎng)相耦合的內(nèi)置電磁攪拌半連續(xù)鑄造數(shù)學(xué)模型,通過(guò)數(shù)值模擬考察了內(nèi)置電磁攪拌產(chǎn)生磁場(chǎng)的基本規(guī)律,驗(yàn)證了內(nèi)置電磁攪拌法的可行性和高效性,探究了半連續(xù)鑄造過(guò)程中內(nèi)置電磁攪拌的電流頻率、中心冷卻位置和冷卻強(qiáng)度對(duì)熔體速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的影響,確定了較為適宜的半連續(xù)鑄造和內(nèi)置電磁攪拌工藝參... 

【文章來(lái)源】：北京有色金屬研究總院北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：150 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．丨早期鑄造技術(shù)丨８Ｉ〗：?（ａ）ＺＵｂｌｉｎ技術(shù)，（ｂ）傾斜澆注技術(shù)，（ｃ）浸沒(méi)結(jié)晶器技術(shù)??（一）Ｊｕｎｇｈａｎｓ鑄造技術(shù)??在２０世紀(jì)３０年代，ＪｕｎｇｈａｉＷ８２ｌ將水冷結(jié)晶器應(yīng)用于制備鑄錠，并且在鑄造過(guò)程??

?＼ｍ＾???⑷?（ｂ）?（Ｃ）?’圍＾畫(huà)??睛—量??ＭｏｋＪ?ｍ?ａｎ?ｉｎｔｅｒｍｅｄｔａｔｅ???打’＾??ｄｕｒｉｎｇ?ｃａｓｔｉｎｇ??圖１．丨早期鑄造技術(shù)丨８Ｉ〗：?（ａ）ＺＵｂｌｉｎ技術(shù)，（ｂ）傾斜澆注技術(shù)，（ｃ）浸沒(méi)結(jié)晶器技術(shù)??（一）Ｊｕｎｇｈａｎｓ鑄造技術(shù)??在２０世紀(jì)３０年代，ＪｕｎｇｈａｉＷ８２ｌ將水冷結(jié)晶器應(yīng)用于制備鑄錠，并且在鑄造過(guò)程??中對(duì)結(jié)晶器潤(rùn)滑，同時(shí)使其上下振動(dòng)以防止鑄錠與結(jié)晶器壁之間發(fā)生粘連，如圖１．２??所示。相較于金屬型鑄造，Ｊｕｎｇｈａｎｓ鑄造法提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，而且工藝穩(wěn)定，??因此提高了生產(chǎn)效率。但是結(jié)晶器壁的散熱能力有限，心部熔體的熱量無(wú)法有效地向??外傳導(dǎo)，因此液穴較深和徑向上溫度梯度過(guò)大等問(wèn)題始終未能解決，組織不均勻和宏??觀偏析嚴(yán)重等現(xiàn)象在較大規(guī)格鑄錠中始終存在［８｜］。??Ｈｏｌｄｉｎｇ?ｔｕｍａｃｅ??Ｍｅｌｔ、｜?ｊ?ｃｈａｒｎｅｌ??Ｗａｔｅｒ－Ｓｌ｜ｌ?Ｊｊ??Ｓｏｌｉｄ?ｂｉｌｌｅｔ?，?？??Ｗｉｔｈｄｒａｗａｌ??？下??圖１．２?Ｊｕｎｇｈａｎｓ鑄造技術(shù)不意圖＊１］??－６?－??

?＼＿ｍ＾???（三）熱頂鑄造技術(shù)??隨著研究的深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)當(dāng)鑄造液位過(guò)高時(shí)，熱應(yīng)力較大、過(guò)渡區(qū)較寬、氣??隙和拉漏的風(fēng)險(xiǎn)較大［８１］。為了降低液位高度，雷諾金屬公司的ＭｏｒｉｔｚｔＭ在１９５８年提??出了利用絕熱材料隔離開(kāi)結(jié)晶器上部的熔體，通過(guò)調(diào)節(jié)絕熱材料的插入深度來(lái)控制結(jié)??晶器的有效高度，如圖１．４?（ａ）所示。在此基礎(chǔ)上，英國(guó)鋁業(yè)的ＦｕｍｅＳＳ［８８］在１９７３年??將耐火材料應(yīng)用于結(jié)晶器上方的熔體盛放裝置之中，并將之命名為“熱頂”，如圖１．４??（ｂ）所示。自此，熱頂半連續(xù)鑄造技術(shù)登上了鑄錠制備的歷史舞臺(tái)并一直沿用至今。??Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ?ｈｏｔ?ｔｏｐ??（ａ）?（ｂ）丨■?＞＞７、、?］??Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ?ｉｒｔｓｅｒｔ?＾ＶＸａ／??ａＬｉ?ｉｉ?－＿ｃ＿ＭｅＫ?參＇?＝??圖１．４不同熱頂鑄造技術(shù)丨８｜ｌ：?（ａ）?Ｍｏｒｉｔｚ技術(shù)；（ｂ）?Ｆｕｒｎｅｓｓ技術(shù)??（四）氣滑鑄造技術(shù)??１９７７年，ＭｉｔａｍｍＷ８９＾！出在結(jié)晶器壁通入由氣體和潤(rùn)滑油組成的混合物來(lái)控制??結(jié)晶器內(nèi)熱量的傳遞。１９８５年，瓦格斯塔夫公司將其改進(jìn)為“氣滑”結(jié)晶器，如圖??１．５所示，其原理是由氣體和潤(rùn)滑油組成的混合物通過(guò)多孔石墨環(huán)進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)表面，??既可以起到潤(rùn)滑的作用，也可以改善結(jié)晶器與鑄錠之間的熱量傳遞，進(jìn)而可顯著提高??鑄錠的表面質(zhì)量。張文靜等采用氣滑鑄造技術(shù)，制備出了組織細(xì)孝凝殼較雹表??面質(zhì)量良好的２０２４鋁合金鑄錠。Ｙｕ等［９２］利用熱阻理論建立了氣滑結(jié)晶器的傳熱模??型，探究了石墨環(huán)與水冷結(jié)晶器壁之間的接觸熱阻對(duì)結(jié)晶器內(nèi)傳熱及溫度分布的影響，??提出了氣滑結(jié)晶器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]7075鋁合金Ф482 mm鑄錠熱頂鑄造工藝試驗(yàn)研究[J]. 趙揚(yáng),寇明珠,孫慶福,楊松渝,呂鑫,黃博.  輕合金加工技術(shù). 2019(05)
[2]多源超聲對(duì)2219鋁合金鑄錠凝固組織和成分偏析的影響[J]. 楊林學(xué),張立華,李瑞卿.  材料熱處理學(xué)報(bào). 2019(03)
[3]中國(guó)二重研制的主起外筒鍛件通過(guò)裝機(jī)評(píng)審 將裝備于C919客機(jī)[J].   裝備制造與教育. 2019(01)
[4]Numerical modeling of annular electromagnetic stirring with intercooling in direct chill casting of 7005 aluminum alloy billet[J]. Yajun Luo,Zhifeng Zhang.  Progress in Natural Science:Materials International. 2019(01)
[5]超聲場(chǎng)對(duì)不同粗糙度的輻射桿端面空蝕行為的影響[J]. 許滔,董方,李曉謙.  熱加工工藝. 2019(01)
[6]大直徑鋁錠熱頂鑄造中超聲施振深度的細(xì)晶機(jī)制[J]. 王瑩,李曉謙,李瑞卿,田陽(yáng).  工程科學(xué)學(xué)報(bào). 2019(01)
[7]中國(guó)商飛公司市場(chǎng)預(yù)測(cè)年報(bào)（摘要）（2018-2037）[J].   大飛機(jī). 2018(11)
[8]超聲鑄造對(duì)汽車(chē)A356鋁合金組織和力學(xué)性能的影響[J]. 石昊昱,葉升強(qiáng).  熱加工工藝. 2018(19)
[9]環(huán)縫式電磁攪拌對(duì)Al-Zn-Mg-Cu合金組織的影響[J]. 關(guān)天洋,張志峰,李澤琛,李豹,王平.  特種鑄造及有色合金. 2018(08)
[10]基于拓展連續(xù)模型的2024鋁合金半連鑄過(guò)程中的宏觀偏析數(shù)值模擬（英文）[J]. 羅海軍,介萬(wàn)奇,高志明,鄭永健.  Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2018(05)

博士論文
[1]大規(guī)格7系鋁合金鑄錠均冷環(huán)縫式電磁攪拌鑄造技術(shù)研究[D]. 羅亞君.北京有色金屬研究總院 2018
[2]7075合金大直徑鑄錠均質(zhì)化技術(shù)研究[D]. 王海軍.北京科技大學(xué) 2015
[3]環(huán)縫式電磁攪拌理論與工藝研究[D]. 湯孟歐.北京有色金屬研究總院 2012
[4]2618耐熱鋁合金的組織與力學(xué)性能的研究[D]. 王建華.中南大學(xué) 2003

碩士論文
[1]超聲鑄造對(duì)7085鋁合金組織、強(qiáng)韌性及耐蝕性的影響[D]. 劉宇.中南大學(xué) 2014
[2]超聲外場(chǎng)對(duì)7085鋁合金鑄造微觀偏析及第二相形成的影響[D]. 黃明哲.中南大學(xué) 2014
[3]2A14鋁合金熱壓縮變形流變行為研究[D]. 郭倫文.中南大學(xué) 2013
[4]7XXX鋁合金熱頂半連續(xù)鑄造的數(shù)值模擬[D]. 胡謙謙.中南大學(xué) 2012
[5]7050鋁合金圓錠超聲鑄造微觀組織及熱裂敏感性研究[D]. 張雪.中南大學(xué) 2010
[6]含微量鈧、鋯的Al-Cu-Mg合金組織與性能[D]. 王華.中南大學(xué) 2008
[7]超塑預(yù)處理對(duì)高強(qiáng)鋁合金7A04和2024的性能影響研究[D]. 鄭青春.中南大學(xué) 2005



本文編號(hào)：3343994