在半固態(tài)合金漿料制備過(guò)程中,研究了坩堝尺寸與形狀對(duì)半固態(tài)合金漿料質(zhì)量的影響。通過(guò)改變坩堝尺寸與形狀可控制有效形核率,增加熔體結(jié)構(gòu)的均勻性;其次通過(guò)改變幾何形狀使得流動(dòng)狀態(tài)得到控制,促進(jìn)二次流的形成,加強(qiáng)熔體混合和內(nèi)部流動(dòng)換熱,增加散熱的均勻性。利用坩堝結(jié)構(gòu)尺寸的變化,可以在恒定的電磁頻率作用下,實(shí)現(xiàn)熔體流動(dòng)變化,有望對(duì)熔體凝固組織產(chǎn)生影響,而且操作更節(jié)能、更簡(jiǎn)單。獲得合適的坩堝半徑、坩堝形狀以及電磁攪拌工藝參數(shù)為探索高效經(jīng)濟(jì)的控制理論與技術(shù)和工業(yè)制備高性能半固態(tài)鋁合金的新工藝打下基礎(chǔ)。本工作通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合,系統(tǒng)研究了電磁攪拌工藝中坩堝尺寸與形狀對(duì)半固態(tài)A356鋁合金液固相變規(guī)律、電磁場(chǎng)、流速和溫度分布以及凝固組織的影響。研究了坩堝半徑對(duì)A356鋁合金液固相變規(guī)律和電磁場(chǎng)的影響。隨坩堝半徑的增大,端點(diǎn)處熔體完全液固相變所需時(shí)間越長(zhǎng)。磁感應(yīng)強(qiáng)度和電磁力分別從坩堝中心到坩堝徑向上0.85倍和0.9倍距離左右逐漸增大。進(jìn)一步研究坩堝半徑和電磁頻率對(duì)半固態(tài)A356鋁合金最大流速和溫度分布的影響。發(fā)現(xiàn)最大流速隨坩堝半徑和電磁頻率的增大而增大;當(dāng)電磁頻率為30Hz,坩堝半徑為30mm時(shí),最大流速為148.9mm/s。隨電磁頻率的增大,溫度分布越來(lái)越均勻�，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備在制備優(yōu)質(zhì)半固態(tài)鋁合金漿料時(shí)的坩堝半徑為30mm。在較大坩堝半徑的研究基礎(chǔ)上,提出非圓坩堝的設(shè)計(jì)思路,希望坩堝中同一水平面上的合金熔體在電磁攪拌作用下具有不同的流動(dòng)速度和流動(dòng)狀態(tài),為此,研究了坩堝長(zhǎng)短軸比例對(duì)A356鋁合金液固相變規(guī)律和電磁場(chǎng)的影響。隨坩堝長(zhǎng)短軸比例的增大,短軸端點(diǎn)處完全液固相變所需時(shí)間變化不大,而長(zhǎng)軸端點(diǎn)處完全液固相變所需時(shí)間逐漸減小。當(dāng)坩堝長(zhǎng)短軸比例為1.1到1.3時(shí),長(zhǎng)軸上0.9倍距離左右的最大電磁力先減小后增大,短軸上0.9倍距離左右的最大電磁力一直減小;長(zhǎng)短軸比例為1.1時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度平均值較小,且出現(xiàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度幾乎為0的距離較適中,電磁力平均值最大。研究坩堝長(zhǎng)短軸比例和電磁頻率對(duì)半固態(tài)A356鋁合金的流動(dòng)規(guī)律和溫度分布。坩堝長(zhǎng)短軸比例越大,短軸上所受的最大流速呈先增大后減小的趨勢(shì),在長(zhǎng)軸上所受的最大流速呈先增大后減小再增大的現(xiàn)象;頻率越高,短軸和長(zhǎng)軸上的流速差越明顯,因而可使得熔體流動(dòng)時(shí)出現(xiàn)“加速-減速-加速”的循環(huán)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)電磁頻率和坩堝長(zhǎng)短軸比例分別為30Hz和1.1時(shí),坩堝長(zhǎng)軸和短軸上的最大流速分別為153.6mm/s和143.2mm/s,流速差最小。當(dāng)坩堝長(zhǎng)短軸比例一定時(shí),隨電磁頻率的增大,溫度梯度逐漸減小,溫度分布越來(lái)越均勻�，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備在制備優(yōu)質(zhì)的半固態(tài)鋁合金漿料時(shí)的較優(yōu)坩堝長(zhǎng)短軸比例為1.1。研究了坩堝長(zhǎng)短軸比例、電磁頻率以及攪拌時(shí)間對(duì)半固態(tài)A356鋁合金漿料組織形貌的影響。制備最優(yōu)組織形貌的半固態(tài)鋁合金漿料時(shí)的工藝參數(shù)為:坩堝長(zhǎng)短軸比例為1.1,電磁頻率是30Hz,攪拌時(shí)間是12s。
【學(xué)位單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TG146.21
【部分圖文】：

球形顆粒的演化過(guò)程

形成大角度晶界。大角度晶界的界面能與液相和液固相界面張力相互作用。當(dāng)大角度晶粒取向角大于 20°時(shí)，大角度晶界的界面能超過(guò)固液界面能的 2 倍。因而在此條件下，液相將潤(rùn)濕晶界并迅速沿晶界滲透，直至液相將枝晶臂與枝晶骨干相分離，如圖1.2 所示。(a) 未變形枝晶 (b) 枝晶彎曲 (c) 枝晶形成 (d) 晶界被浸潤(rùn)圖1.2 枝晶臂塑性彎曲誘導(dǎo)晶界上的液相浸潤(rùn)機(jī)制示意圖[61](2) 控制形核和枝晶生長(zhǎng)抑制機(jī)制盡管樹(shù)枝晶破碎理論的觀點(diǎn)存在較大不同，卻一致認(rèn)為非枝晶組織結(jié)構(gòu)是來(lái)自于已存在過(guò)冷熔體中的枝晶。這是枝晶破碎和球化技術(shù)如機(jī)械攪拌和電磁攪拌的理論基石。Lehuy 等[27]提出，攪拌可以降低固液界面前沿的溶質(zhì)濃度，溶質(zhì)在較小的溫度梯度下表現(xiàn)出非枝晶生長(zhǎng)。此后，許多研究人員發(fā)現(xiàn)了熔體中非枝晶組織或球狀晶體組織的直接生長(zhǎng)現(xiàn)象。張景新等[62]在電磁攪拌半固態(tài)漿料制備工藝的研究中，提出了晶粒的漂移和混合抑制機(jī)制，電磁攪拌促使熔體發(fā)生混合對(duì)流�；旌蠈�(duì)流促進(jìn)型壁和液面處的晶粒漂移到熔體內(nèi)部，熔體的形核率增加。另外，混合對(duì)流促使換熱傳質(zhì)過(guò)程的改變，熔體轉(zhuǎn)化成一個(gè)相對(duì)均勻的溫度和成分場(chǎng)，從而對(duì)晶粒的枝晶生長(zhǎng)形態(tài)起到抑制作用。最終的晶粒形貌主要取決于晶粒漂移和混合抑制強(qiáng)度

[63-67]不同系列鋁合金上的研究。電磁攪拌工作原理示意圖如圖1.3 所示，電磁攪拌器產(chǎn)生的電磁力使金屬熔體流動(dòng)。圖1.3 電磁攪拌工作原理近年來(lái)，許多研究人員對(duì)電磁攪拌方法提出了不同角度的見(jiàn)解。張志峰等[68]采用旋轉(zhuǎn)感應(yīng)和無(wú)芯感應(yīng)組合的復(fù)合電磁攪拌進(jìn)行研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)在電流較小時(shí)，可以得到質(zhì)量較好的漿料。Zhu 等[69]在直徑為 80mm 圓柱坩堝內(nèi)插入空心石墨棒改造成環(huán)縫式坩堝，并對(duì)冷卻速率、電磁攪拌功率和攪拌時(shí)間進(jìn)行了相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)在較大的冷卻速率和電磁攪拌功率下，只需 10s 的電磁攪拌時(shí)間就可獲得圓整細(xì)小的半固態(tài) A357 合金漿料組織。Itamura等[70]通過(guò)將旋轉(zhuǎn)電磁攪拌和線性行波電磁攪拌組合成雙軸電磁攪拌器，研究不同電磁攪拌方式對(duì)漿料組織和熔體溫度的影響
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉政;陳志平;陳濤;;坩堝尺寸和電磁頻率對(duì)半固態(tài)A356鋁合金漿料流動(dòng)的影響[J];金屬學(xué)報(bào);2018年03期

2 劉政;陳濤;陳志平;;雙向電磁攪拌對(duì)半固態(tài)A356鋁合金凝固組織的影響[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2018年01期

3 孫夢(mèng)桐;劉政;陳志平;陳濤;;多元稀土對(duì)半固態(tài)A356鋁合金梯度細(xì)化的研究[J];鑄造;2017年12期

4 陳志平;劉政;陳濤;;電磁攪拌半固態(tài)鋁合金磁感應(yīng)強(qiáng)度的優(yōu)化[J];鑄造;2017年12期

5 陳志平;劉政;陳濤;;坩堝半徑對(duì)電磁攪拌制備半固態(tài)A356漿料電磁場(chǎng)分布的影響[J];特種鑄造及有色合金;2017年09期

6 陳濤;劉政;孫夢(mèng)桐;陳志平;;電磁攪拌方式對(duì)A356鋁合金凝固組織形貌分形維數(shù)的影響[J];材料與冶金學(xué)報(bào);2017年03期

7 陳志平;劉政;陳濤;;電磁攪拌和數(shù)值模擬在半固態(tài)鋁合金漿料制備中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀[J];鑄造;2017年07期

8 陳濤;劉政;陳志平;張嘉藝;;電磁攪拌方式和稀土對(duì)半固態(tài)A356合金凝固組織的影響[J];有色金屬科學(xué)與工程;2017年05期

9 Jun-wen Zhao;An Guo;Hu Li;Xu Zhang;Jing Han;Shu-sen Wu;;Semisolid slurry of 7A04 aluminum alloy prepared by electromagnetic stirring and Sc, Zr additions[J];China Foundry;2017年03期

10 陳濤;劉政;劉小梅;陳志平;;雙向間歇電磁攪拌對(duì)半固態(tài)A356-Ce合金凝固組織的影響[J];稀有金屬;2018年01期

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1 湯孟歐;環(huán)縫式電磁攪拌理論與工藝研究[D];北京有色金屬研究總院;2012年

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1 鄧可月;鋁—稀土多相熔體混沌流動(dòng)數(shù)值模擬及流動(dòng)規(guī)律研究[D];江西理工大學(xué);2016年

2 張嘉藝;半固態(tài)鋁合金—稀土初生α相在混沌對(duì)流中的凝固形貌演化規(guī)律[D];江西理工大學(xué);2016年

3 王夢(mèng)瑤;Al-Si合金的激光選區(qū)熔化成形特性及性能的研究[D];華中科技大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2855875