本文關(guān)鍵詞：脈沖磁場對鋁合金凝固控制

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【摘要】：凝固組織很大程度上決定著鑄錠的性能,凝固組織的細(xì)化有利于鑄錠機(jī)械性能的提高。因此,探索細(xì)化金屬凝固組織的方法一直是金屬材料研究領(lǐng)域中重要的課題之一。脈沖磁場是最近幾年發(fā)展起來的一種處理金屬熔體的新型磁場,在凝固組織細(xì)化方面受到越來越多的關(guān)注。本文在研究探討脈沖磁場對純鋁凝固組織細(xì)化機(jī)理的同時,嘗試將脈沖磁場運(yùn)用到6063鋁合金的垂直半連續(xù)鑄造過程中。將脈沖磁場應(yīng)用到工業(yè)純鋁的凝固過程中,實驗結(jié)果表明,不同脈沖電壓、脈沖頻率條件下純鋁凝固組織都得到很好的細(xì)化。未施加脈沖磁場時,純鋁的凝固組織為粗大的柱狀晶；當(dāng)施加脈沖磁場時,凝固組織為細(xì)小的等軸晶。為了更好的了解脈沖磁場對純鋁凝固過程的影響,將兩根K型熱電偶插入到熔體邊緣和中心部位,測量熔體的凝固曲線。結(jié)果表明：施加脈沖磁場以后,熔體邊緣與中心部位的溫度梯度減小,熔體內(nèi)溫度場趨于均勻。同時測量室溫條件下脈沖磁場對純鋁的焦耳熱效應(yīng),通過測量的實驗結(jié)果計算可知脈沖磁場作用下焦耳熱的輸入值為0.17 W·cm-3。相比結(jié)晶潛熱值8W·cm-3,脈沖磁場在細(xì)化純鋁凝固組織過程中產(chǎn)生的焦耳熱可以忽略不計。為了進(jìn)一步探索脈沖磁場的細(xì)化機(jī)理,將鋁液澆注到預(yù)熱溫度較低的石墨模具內(nèi),控制邊緣溫度以形成不同厚度的凝殼,然后施加脈沖磁場。實驗結(jié)果表明,當(dāng)凝固殼層較薄時,脈沖磁場促使凝殼上端破碎,熔體中心部位為細(xì)小等軸晶與粗大等軸晶的混合組織。隨著凝固殼層厚度的增加,脈沖磁場將不再起作用。在模具不同位置施加脈沖磁場可知,脈沖磁場將在施加磁場位置以及施加位置以下將產(chǎn)生很好的細(xì)化作用。本文通過自主設(shè)計結(jié)晶器,將脈沖線圈置于結(jié)晶器內(nèi),嘗試將脈沖磁場應(yīng)用到6063鋁合金垂直半連續(xù)鑄造過程中。實驗結(jié)果表明,在6063鋁合金垂直半連續(xù)過程中施加脈沖磁場,鋁合金的凝固組織得到很好的細(xì)化。在未施加脈沖磁場時,凝固組織為粗大的等軸晶：當(dāng)施加脈沖磁場時,凝固組織為細(xì)小的等軸晶,并且隨著脈沖電壓的增加,凝固組織細(xì)化越均勻。當(dāng)脈沖電壓增至700V、頻率為10Hz時,平均晶粒尺寸從原始的2000 μ m減小到200 μ m。將獲得的鑄錠進(jìn)行熱處理,測量其拉伸性能和硬度。結(jié)果表明,未施加脈沖磁場時,6063鋁合金鑄錠的布氏硬度和極限抗拉強(qiáng)度分別為77.2HB和174.7MPa。當(dāng)在6063鋁合金垂直半連續(xù)中施加脈沖磁場時,鑄錠的力學(xué)性能得到很大的提高。脈沖磁場的電壓從300 V增至500V、700V時,鑄錠的布氏硬度分別為100.3HHB、102.4HB、104.7HB；鑄錠的極限抗拉強(qiáng)度分別為220 MPa、230.3MPa、249MPa。
【關(guān)鍵詞】：脈沖磁場 凝固組織 連續(xù)鑄造 機(jī)械性能
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG292
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 立題背景及意義9-10
• 1.2 電磁場在材料加工中的應(yīng)用10
• 1.3 脈沖磁場在材料應(yīng)用的研究現(xiàn)狀10-15
• 1.3.1 脈沖磁場對純金屬凝固組織的影響11-13
• 1.3.2 脈沖磁場對合金凝固組織的影響13-14
• 1.3.3 脈沖磁場對復(fù)合材料組織的影響14-15
• 1.4 脈沖磁場對凝固組織細(xì)化機(jī)理的研究現(xiàn)狀15-18
• 1.5 本論文的研究目的及主要研究內(nèi)容18-20
• 2 脈沖磁場細(xì)化機(jī)理的探討20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 實驗裝置20-23
• 2.2.1 脈沖電源20-22
• 2.2.2 脈沖磁場處理裝置22
• 2.2.3 脈沖電流波形的測量22-23
• 2.3 實驗材料及過程23-24
• 2.4 實驗結(jié)果24-26
• 2.5 討論26-33
• 2.5.1 脈沖磁場作用下洛倫茲力26-27
• 2.5.2 脈沖磁場作用下冷卻速率及焦耳熱27-29
• 2.5.3 脈沖磁場對純鋁凝固殼層的影響29-30
• 2.5.4 不同部位施加脈沖磁場對凝固組織的影響30-32
• 2.5.5 脈沖磁場對純鋁凝固組織的細(xì)化機(jī)理32-33
• 2.6 本章小結(jié)33-34
• 3 脈沖磁場作用下6063鋁合金垂直半連續(xù)鑄造過程34-55
• 3.1 引言34
• 3.2 實驗裝置與工藝34-43
• 3.2.1 實驗裝置34-38
• 3.2.2 脈沖系統(tǒng)電流波形的測量38-39
• 3.2.3 工藝參數(shù)39-41
• 3.2.4 工藝流程41-42
• 3.2.5 試樣制備及性能分析42-43
• 3.3 實驗結(jié)果43-49
• 3.3.1 脈沖磁場對6063鋁合金凝固組織的影響43-48
• 3.3.2 脈沖磁場對6063鋁合金力學(xué)性能的影響48-49
• 3.4 分析與討論49-54
• 3.5 本章小結(jié)54-55
• 結(jié)論55-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況60-62
• 致謝62-63

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 劉立強(qiáng),李秋書,李仁興,侯旭,翟啟杰;脈沖磁場下鋁液凝固組織的研究[J];中國鑄造裝備與技術(shù);2004年01期

2 張?zhí)K;楊鋼;易健宏;李明曉;吳云峰;趙娜;;Al-Ti-B中間合金的制備方法研究進(jìn)展[J];新技術(shù)新工藝;2012年12期

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本文編號：924833