運用ANSYS有限元分析軟件對半固態(tài)A356鋁合金凝固過程中的流場進(jìn)行模擬,研究電磁攪拌參數(shù)（電磁頻率和電流強(qiáng)度）對合金熔體流動與凝固組織的影響。結(jié)果表明:隨著電磁頻率和電流強(qiáng)度的增大,半固態(tài)鋁合金在橢圓坩堝長軸X和短軸Y上的最大電磁力和最大流速均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢,并且長軸X上的最大電磁力和最大流速均大于短軸Y上的;施加電磁攪拌后,電磁力從坩堝的中心處沿半徑方向逐步增大,到0.8～0.9倍的坩堝半徑處電磁力達(dá)到最大,超過該距離后,電磁力又開始急劇降低。橢圓坩堝中電磁力受電流強(qiáng)度的影響更大,而流速受電流強(qiáng)度和電磁頻率的敏感度不如電磁力,但電流強(qiáng)度對流速的影響依舊略強(qiáng)于電磁頻率;當(dāng)電磁頻率和電流強(qiáng)度分別為30 Hz和5 A時,半固態(tài)A356合金初生相的平均等積圓直徑為106.1μm,平均形狀因子為0.72,此時制備出的半固態(tài)合金組織最好。 

【文章來源】：中國有色金屬學(xué)報. 2020,30(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

計算流程示意圖

圖2 計算流程示意圖圖4所示為不同電磁頻率下的電磁力在坩堝長軸X和短軸Y上的分布情況。由圖4可知，在電流強(qiáng)度一定的情況下，隨著電磁頻率的增加相應(yīng)半徑位置上的電磁力也逐漸變大，且在同一電磁頻率下，在坩堝的長半軸和短半軸的半徑方向上，半固態(tài)鋁合金熔體所受到的電磁力整體上變化趨勢相同，都隨著半徑的增加而呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。從合金熔體中心處到0.8～0.9倍的坩堝半徑處的電磁力達(dá)到最大，且長軸上的最大電磁力是短軸上的2倍左右，而超過該距離后，長軸和短軸上的電磁力均開始急劇降低。合金熔體的中心到0.4～0.6倍的坩堝長軸半徑和短軸半徑處，電磁力均出現(xiàn)了一個小幅增加，可能是由于模擬所用的是橢圓坩堝，其內(nèi)部熔體的電阻率使得電磁場在熔體內(nèi)的分布變得較為復(fù)雜，進(jìn)而導(dǎo)致電磁力在0.4～0.6倍距離處出現(xiàn)了小幅增加。

實驗用設(shè)備為EM100-4T91型多功能電磁攪拌器，主要由本體外殼、鐵芯和線圈三大部分構(gòu)成，電磁攪拌器的工作原理與三相兩極式實心轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的原理基本相同，因此構(gòu)建的電磁攪拌器模型，可以按照三相異步電動機(jī)的定子模型[16-19]來建立。攪拌器形狀尺寸為：外徑d 560 mm，內(nèi)徑d 288 mm和高度400 mm；主要的技術(shù)參數(shù)為：額定電流為150 A，頻率為1～35 Hz，極數(shù)6，定子外徑與內(nèi)徑分別為516mm和454 mm，接線線圈匝數(shù)為120。實驗所用非圓坩堝尺寸為長短軸比例為1.3:1的橢圓形坩堝，即長軸半徑為42.6 mm，短軸半徑為32.75 mm，高度為100mm，結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。本實驗主要運用有限元分析軟件ANSYS15.0構(gòu)建物理模型，設(shè)定電流強(qiáng)度和電磁頻率的大小來求解半固態(tài)鋁合金熔體所受的最大電磁力，再把求得的最大電磁力以外加力源的形式加載到鋁合金熔體流場中，分析所用的類型選用標(biāo)準(zhǔn)湍流模型，從而求得電磁攪拌參數(shù)對鋁合金熔體所產(chǎn)生的最大流速。1.4 物理模型假設(shè)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]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]. 劉政,陳志平,陳濤.  金屬學(xué)報. 2018(03)
[2]煉鋼與連鑄過程數(shù)值模擬研究進(jìn)展[J]. 朱苗勇,婁文濤,王衛(wèi)領(lǐng).  金屬學(xué)報. 2018(02)
[3]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]. 陳志平,劉政,陳濤.  鑄造. 2017(07)
[4]排氣渦輪基于順序流固耦合傳熱數(shù)值模擬研究[J]. 汪超臺,李自成.  機(jī)械工程學(xué)報. 2017(15)
[5]雙向間歇電磁攪拌對半固態(tài)A356-Ce合金凝固組織的影響[J]. 陳濤,劉政,劉小梅,陳志平.  稀有金屬. 2018(01)
[6]低壓交流電脈沖下Al-7%Si合金晶粒細(xì)化機(jī)理研究[J]. 李寧,張蓉,張利民,邢輝,殷鵬飛,吳耀燕.  金屬學(xué)報. 2017(02)
[7]混沌對流下的半固態(tài)A356鋁合金初生相形貌演變研究[J]. 劉政,張嘉藝,羅浩林,鄧可月.  金屬學(xué)報. 2016(02)
[8]電磁場作用下中鋁合金熔體流動的混沌特征的仿真與分析[J]. 劉政,張嘉藝,余昭福.  中國有色金屬學(xué)報. 2015(11)
[9]基于Fluent的電磁場中鋁熔液及其微粒運動軌跡的數(shù)值模擬[J]. 劉政,張嘉藝,鄧可月.  有色金屬科學(xué)與工程. 2015(04)
[10]分級電磁攪拌對半固態(tài)Al-Cu合金凝固組織的影響[J]. 劉政,周翔宇.  中國有色金屬學(xué)報. 2015(01)



本文編號：3360590