低频电磁铸造细化铝合金组织的机理

为了了解电磁场对组织细化作用的机理,采用低频电磁铸造方法制备直径200 mm Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金铸锭,并对铸造过程中的温度场进行测量。结果表明:施加磁场产生的强制对流使得温度场均匀且低于液相线约6℃。结晶器中熔体温度场的变化显著改变了熔体从开始浇注到完全凝固的热历史,从而有效促进了异质形核,显著减少晶核的重熔,使更多晶核能够生存下来,并最终促进形成均匀、细小的微观组织。

7A60超高强铝合金的低频电磁铸造(Ⅱ)——直径0.2m锭坯合金元素晶内固溶度及其力学性能

研究了低频电磁半连续铸造7A60合金铸锭的合金元素在晶内的固溶状况和力学性能。结果表明:适当降低电磁场频率和增强电磁场强度,有利于提高合金元素Zn、Mg和Cu在晶内的固溶度、锭坯的维氏硬度、抗拉强度和延伸率。频率为15Hz,安匝数为20kA·turn时,Zn、Mg和Cu元素相对溶质固溶百分数最高,分别为68.8%、76.0%和45.0%;频率为15Hz,安匝数为20kA·turn时,锭坯维氏硬度最高为Hv160;频率为25Hz,安匝数为20kA·turn时,抗拉强度最高为324MPa。

结晶器材料对低频电磁铸造超高强铝合金铸态组织的影响

数值模拟了结晶器材料对低频电磁铸造超高强铝合金过程中铸锭内磁场的影响,空载测定了不同材料结晶器内部的磁场,采用实验进行验证,结果表明,选用高电阻率钛合金材料制作低频电磁铸造结晶器,能够大幅度地减小电磁场在结晶器中的涡流损耗,提高有效功率。在相同条件下,高电阻率钛合金结晶器的铸锭组织细小、均匀,铸锭边部和中部平均晶粒直径分别为24和27μm;而低电阻率铝合金结晶器的铸锭中间和边部的微观组织均为粗大的蔷薇型枝晶,晶粒平均直径分别为38和45μm材料电阻率高的结晶器有利于溶质元素溶入晶内。

低频电磁铸造7050铝合金的组织与性能

采用新型低频电磁铸造技术制备了7050铝合金120 mm铸锭,研究了低频电磁场对铸锭组织和性能的影响.并对比研究了常规DC铸造和低频电磁铸造铸锭挤压和热处理后的组织与性能.结果表明,低频电磁铸造显著细化晶粒组织,并使组织分布均匀,改善铸锭的铸态力学性能.固溶并时效处理后,常规DC铸锭挤压棒材抗拉强度达到676.5 MPa,延伸率达到11.2%;低频电磁铸锭挤压棒材抗拉强度略有提高,达到677.5 MPa,延伸率提高较大,达到13.2%.低频电磁铸造对7050铝合金挤压棒材最终抗拉强度影响不大,但能够显著提高延伸率.

低频电磁铸造AZ41镁合金的热压缩流变与组织

采用Gleeble-1500D热模拟试验机、差热分析仪和光学显微镜等对低频电磁铸造AZ41镁合金铸锭热压缩流变特征及微观组织进行研究。结果表明：AZ41镁合金铸锭热压缩变形存在明显的动态回复和动态再结晶特征；当温度为453-523K时，以动态回复为主；当温度为593-723K时，以动态再结晶为主要机制；当温度为593K，应变速率为1．0s^-1时，形变激活能最低，流变过程最稳定，中心和边缘部位的晶粒得到明显细化。在变形期间，Mg17Al12相的破碎和溶解促进动态再结晶显著发生。

ZL201合金低频电磁铸造与二次加热的合金组织

采用低频电磁铸造技术制备ZL201合金半固态坯料,研究了电磁场频率以及二次加热温度和保温时间对合金微观组织的影响.结果表明,随着电磁场频率从10 Hz增大到30 Hz,组织的枝晶化趋势逐渐减弱,当电磁场频率为30 Hz时,可以获得均匀、细小的蔷薇状和等轴晶组织.对电磁场频率为30 Hz时铸造的半固态坯料进行二次加热表明,当二次加热温度为630℃,保温20 min后,铸造组织逐渐转变为均匀的近球形组织,具有良好的触变成形性.

低频电磁铸造超高强高韧铝合金元素晶内固溶度和力学性能研究

采用电磁细晶铸造技术,降低其频率,半连续铸造一种新的超高强高韧铝合金(10Zn-2.5Mg-2.5Cu-0.15Zr-余量Al),考察了低频电磁铸造与常规DC铸造组织、元素晶内固溶度和力学性能的区别,重点考察了电磁场频率和安匝数对铸锭元素晶内固溶度和力学性能的影响规律。结果表明,相对常规DC铸造,低频电磁铸造组织细小均匀等轴,合金元素Zn,Mg和Cu在晶内的固溶度增加,铸态维氏硬度、延伸率和拉伸强度增加。频率为15～25Hz和安匝数12800～16000AT时,合金元素Zn,Mg和Cu在晶内的固溶度最高,锭坯维氏硬度、延伸率和拉伸强度最大。其12mm的挤压棒材热处理后的拉伸强度极限为780MPa,延伸率大于8%。

均匀化处理对低频电磁铸造7050铝合金微观组织的影响

利用低频电磁铸造工艺制备了具有细小、均匀等轴晶组织的7050铝合金铸锭,研究了均匀化处理过程中铸锭微观组织及性能的变化.结果表明,与普通DC铸造锭坯相比,低频电磁铸造铸锭有更佳的均匀化处理效果.在同样的均匀化处理条件下,低频电磁铸造铸锭的晶间低熔点相含量更低,晶内溶质元素含量更高.低频电磁铸造铸锭在均匀化处理12 h后,晶内溶质元素含量即已达到合金的平均含量;而普通铸锭在均匀化处理48 h后,晶内溶质元素含量仍低于合金的平均含量.

热处理对低频电磁铸造2024铝合金力学性能的影响

通过试验研究了均匀化热处理和人工时效处理对普通DC铸造和低频电磁铸造2024铝合金力学性能的影响。结果表明,随均匀化时间延长,两种试样均呈抗拉强度降低、伸长率增加的趋势。低频电磁铸锭伸长率的变化幅度大于普通DC铸锭。试验还进行了两种铸锭经轧制变形后的人工时效处理,普通DC铸造和低频电磁铸造的铝合金时效后的硬度都随时效时间延长,先升高、后降低,且低频电磁铸造2024铝合金时效后的硬度高于普通DC铸造2024铝合金。电磁铸造2024铝合金的硬度经过10h处理后达到峰值,普通DC铸造铝合金到达时效峰值的时间则有所滞后。

低频电磁铸造过程中温度场的形成机理

通过理论解析研究了电磁场引起铸造过程中温度场改变的原因,并通过在铸造过程中连续测温的方法进行了实验验证.结果表明,低频电磁铸造对温度场产生影响的主要原因是低频电磁场引起熔体强制对流.强制对流对熔体产生强烈的搅拌作用,促进了熔体内部的热交换,加强了熔体与结晶器壁(石墨环)以及熔体和固液界面的传热,使熔体温度场非常均匀,接近于同一温度.研究还发现,低频电磁铸造过程对浇注温度不敏感,改变浇注温度,结晶器内熔体温度变化不大.

一机四锭低频电磁铸造铝合金理论研究

通过ANSYS有限元对四锭低频电磁铸造铝合金时,结晶器外套材料对铸锭内部磁感应强度的影响以及4个线圈之间磁场相互影响进行了数值模拟,结果表明,当结晶器外套为导磁材料A3钢时,可以增大铸锭内部的感应强度;对多流低频电磁铸造来说,推荐线圈之间的最佳距离为:相邻线圈电流方向相同,线圈之间的距离应大于30 mm.

低频电磁铸造对φ162mm规格Al-6.2％Zn-2.3％Mg-2．2％Cu-0.11％Zr合金组织与性能的影响

采用表面观察、金相分析、力学性能及断口扫描等方法研究了普通半连续铸造和低频电磁铸造的小162mm规格Al-6．2％Zn-2．3％Mg-2．2％Cu-0．11％Zr铝合金铸锭的显微组织与力学性能。结果表明，低频电磁铸造显著改善铸锭表面质量，细化晶粒，并使组织分布均匀，改善铸锭的力学性能的均匀性。

低频电磁铸造Al-4.5%Cu合金微观偏析研究

利用直接水冷半连续(常规DC)铸造工艺和低频电磁铸造(LFEC)工艺分别制备了Al-4.5%Cu(质量分数)合金铸锭.测量了常规DC铸造和LFEC过程中的温度曲线,研究了低频电磁场条件下的铸锭微观组织变化和Cu元素的微观偏析.通过金相观察发现,在低频电磁场作用下,α-Al和θ相的共晶组织变得细小,其面积分数明显减小.利用电子探针测量结果绘制Cu元素成分曲线,发现在凝圈的最初过渡区,Cu元素的成分曲线在低频电磁场作用下升高,α-Al中Cu元素含量增加.通过计算得到Cu元素的有效分配系数k_e,发现在最初过渡区k_e线性增大到1.LFEC工艺使得Cu元素的k_e变大,并且随着电流强度的增强这一趋势愈发明显.由于低频电磁场加速了凝固前沿的冷却速度,使更多的Cu原子固溶在α-Al中,Cu元素在铸锭中的微观偏析得到了改善.

普通铸造和低频电磁铸造7050铝合金电阻率-温度特性的研究

利用四端接线法测量以普通铸造(DC)和低频电磁铸造(LFEC)两种不同方法制备的7050铝合金的电阻率-温度曲线.发现升温曲线在250℃有一斜率转变点,且LFEC样品电阻率随温度变化得要快;由室温至900℃的过程中,LFEC试样的液固相线温度均高于DC试样;而DC试样在900℃保温甚至降温至600℃电阻率都显著增大.结合金相显微组织的观察,对上述现象进行理论分析.

铸造工艺参数对超高强铝合金低频电磁半连续铸锭微观组织的影响

采用低频电磁铸造技术(电磁场频率为25Hz,安匝数12800AT),按照不同的铸造工艺参数半连续铸造制备了直径为0.1m的超高强度Al12%Zn2.5%Mg2.5%Cu0.15%Zr合金锭坯,考察了铸造温度、铸造速度和冷却水强度对铸锭组织的影响。结果表明,铸造温度为710℃,铸造速度为100mm/min,冷却水强度为0.05m3/min时的低频半连续铸锭组织均匀细小,呈现近球形,边部和中间部位的晶粒大小差别较小,其平均晶粒尺寸分别为28μm和29μm。

低频电磁半连续铸造对4045合金显微组织与性能的影响

采用普通DC铸造和低频电磁半连续铸造工艺,制备了Φ100 mm的4045铝合金锭坯,并利用光学电子显微镜和扫描电镜对铸锭的显微组织进行检测与分析,用显微硬度计和电子拉伸试验机对铸锭的力学性能进行检测。结果表明,采用低频电磁半连续铸造,铸锭的显微组织中的-αAl枝晶组织被明显打碎,成为细小均匀的枝晶组织;共晶Si也较普通DC铸造组织中的共晶Si细小、均匀。在铸锭外表层附近存在富Si区域,但采用低频电磁半连续铸造,富Si区域明显减小。采用低频电磁半连续铸造,初生-αAl中的硅含量增加,达到2.79%,合金的力学性能也得到提高,bσ为225 MPa、ψ为11.4%、硬度为HV 69.5。

7050铝合金低频电磁铸锭挤压板的微观组织及时效特性

研究了低频电磁铸造和普通DC铸造7050铝合金铸锭经挤压变形后所得板材制品的微观组织及时效特性.结果表明,低频电磁铸锭挤压板材的微观组织保持了其原始铸态组织品粒细小的特点.在相同挤压比条件下,低频电磁铸锭挤压板的平均晶粒直径约为10μm,而普通DC铸锭挤压板的平均晶粒直径约为20μm.低频电磁铸锭挤压板具有更快的时效强化速率和更好的时效强化效果.两种挤压板在120℃进行单级时效时,低频电磁铸锭挤压板经8 h达到强度峰值,其纵向和横向的拉伸强度分别为656和596 MPa;而普通DC铸锭挤压板经12 h才达到强度峰值,其纵向和横向的拉伸强度分别为647和590 MPa.

低频电磁场频率对ZL201合金组织的影响

采用低频电磁铸造技术制备ZL201合金半固态坯料,研究了电磁场频率对合金微观组织的影响。结果表明,随着电磁场频率从10Hz上升到30Hz时,粗大枝晶组织被打碎,逐渐转变为分布均匀、细小的、棒状或蔷薇状非枝晶组织。当电磁场频率为30Hz时,可以获得更加均匀、细小的非枝晶组织,适合于半固态二次加热和触变成形。

镁锭坯金属内套结晶器电磁铸造工艺数值模拟

针对传统低频电磁铸造工艺中,镁合金熔体与保温帽的高反应性,严重影响了生产效率与产品质量的问题,通过数值模拟方法研究了采用全金属内套结晶器时电磁场参数对电磁场分布及其对镁合金熔体作用效果的影响.结果表明:电磁频率同时影响洛伦兹力大小与方向,低频电磁作用深、焦耳热小、熔体受约束作用弱、对流作用强、液穴浅;高位线圈有利于提高电磁作用深度,但也加强了熔体表面的外推速度与强度;高电阻率内套具有较小的焦耳热.

低频电磁场对n-SiC_p/2024复合材料组织与性能的影响

分别采用低频电磁铸造(LFEC)与传统半连续铸造(DC)制备n-SiC_p/2024复合材料铸锭,并对铸锭进行挤压以及T6热处理。通过金相组织观察(OM)、TEM、室温力学性能测试等手段,分别研究了低频电磁铸造与传统半连续铸造工艺对n-SiC_p/2024复合材料的微观组织、力学性能的影响情况。实验结果表明:DC制备的n-SiC_p/2024复合材料铸锭表面局部存在偏析瘤,大多数n-SiC_p团聚在晶界处,只有少数聚集在晶粒内部;LFEC制备的n-SiC_p/2024复合材料铸锭组织晶界清晰,n-SiC_p团聚现象基本消失,组织均匀,晶粒细化效果明显。LFEC制备工艺可以有效细化n-SiC_p/2024复合材料铸锭的晶粒尺寸,其电磁搅拌作用对消除n-SiC_p颗粒的团聚现象有显著作用;与DC工艺相比,LFEC可同时提高复合材料的强度与延伸率。