在半固態(tài)合金漿料制備過程中,研究了坩堝尺寸與形狀對半固態(tài)合金漿料質(zhì)量的影響。通過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;其次通過改變幾何形狀使得流動狀態(tài)得到控制,促進二次流的形成,加強熔體混合和內(nèi)部流動換熱,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,實現(xiàn)熔體流動變化,有望對熔體凝固組織產(chǎn)生影響,而且操作更節(jié)能、更簡單。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)。本工作通過數(shù)值模擬和實驗研究相結(jié)合,系統(tǒng)研究了電磁攪拌工藝中坩堝尺寸與形狀對半固態(tài)A356鋁合金液固相變規(guī)律、電磁場、流速和溫度分布以及凝固組織的影響。研究了坩堝半徑對A356鋁合金液固相變規(guī)律和電磁場的影響。隨坩堝半徑的增大,端點處熔體完全液固相變所需時間越長。磁感應強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。進一步研究坩堝半徑和電磁頻率對半固態(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;當電磁頻率為30Hz,坩堝半徑為30mm時,最大流速為148.9mm/s。隨電磁頻率的增大,溫度分布越來越均勻�，F(xiàn)有實驗設(shè)備在制備優(yōu)質(zhì)半固態(tài)鋁合金漿料時的坩堝半徑為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速度和流動狀態(tài),為此,研究了坩堝長短軸比例對A356鋁合金液固相變規(guī)律和電磁場的影響。隨坩堝長短軸比例的增大,短軸端點處完全液固相變所需時間變化不大,而長軸端點處完全液固相變所需時間逐漸減小。當坩堝長短軸比例為1.1到1.3時,長軸上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;長短軸比例為1.1時,磁感應強度平均值較小,且出現(xiàn)磁感應強度幾乎為0的距離較適中,電磁力平均值最大。研究坩堝長短軸比例和電磁頻率對半固態(tài)A356鋁合金的流動規(guī)律和溫度分布。坩堝長短軸比例越大,短軸上所受的最大流速呈先增大后減小的趨勢,在長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,短軸和長軸上的流速差越明顯,因而可使得熔體流動時出現(xiàn)“加速-減速-加速”的循環(huán)運動現(xiàn)象。當電磁頻率和坩堝長短軸比例分別為30Hz和1.1時,坩堝長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。當坩堝長短軸比例一定時,隨電磁頻率的增大,溫度梯度逐漸減小,溫度分布越來越均勻。現(xiàn)有實驗設(shè)備在制備優(yōu)質(zhì)的半固態(tài)鋁合金漿料時的較優(yōu)坩堝長短軸比例為1.1。研究了坩堝長短軸比例、電磁頻率以及攪拌時間對半固態(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)鋁合金漿料時的工藝參數(shù)為:坩堝長短軸比例為1.1,電磁頻率是30Hz,攪拌時間是12s。
【學位單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG146.21
【部分圖文】：

球形顆粒的演化過程

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。當大角度晶粒取向角大于 20°時，大角度晶界的界面能超過固液界面能的 2 倍。因而在此條件下，液相將潤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) 晶界被浸潤圖1.2 枝晶臂塑性彎曲誘導晶界上的液相浸潤機制示意圖[61](2) 控制形核和枝晶生長抑制機制盡管樹枝晶破碎理論的觀點存在較大不同，卻一致認為非枝晶組織結(jié)構(gòu)是來自于已存在過冷熔體中的枝晶。這是枝晶破碎和球化技術(shù)如機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。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制，電磁攪拌促使熔體發(fā)生混合對流。混合對流促進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，混合對流促使換熱傳質(zhì)過程的改變，熔體轉(zhuǎn)化成一個相對均勻的溫度和成分場，從而對晶粒的枝晶生長形態(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。圖1.3 電磁攪拌工作原理近年來，許多研究人員對電磁攪拌方法提出了不同角度的見解。張志峰等[68]采用旋轉(zhuǎn)感應和無芯感應組合的復合電磁攪拌進行研究時，發(fā)現(xiàn)在電流較小時，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，并對冷卻速率、電磁攪拌功率和攪拌時間進行了相關(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 的電磁攪拌時間就可獲得圓整細小的半固態(tài) A357 合金漿料組織。Itamura等[70]通過將旋轉(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漿料組織和熔體溫度的影響
【參考文獻】

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半固態(tài)A356鋁合金漿料流動的影響[J];金屬學報;2018年03期

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

相關(guān)碩士學位論文 前3條

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本文編號：2855875