Shaping Stability and Temperature Field in Dual Frequency Electromagnetic Confinement and Shaping

Dual frequency electromagnetic confinement and shaping (EMCS) makes it easier to adjust and control the shaping temperature field and magnetic field than single frequency EMCS. The shaping stability and temperature field of the dual frequency EMCS were investigated. The results indicate that to shape stably, the upper liquid/solid interface should be in appropriate position and the lower liquid/solid interface must be above the critical position. The current of heating induction coil and the drawing speed of sample affect the shaping temperature and its peak position, while the current of the shaping induction coil only influences the shaping temperature. During EMCS, the speed of shaped sample affects not the height of the molten metal, but the temperature of molten metal. The height of the molten metal for steady shaping was about 15 mm in the experimental conditions. Several stainless steel plate-like parts with high width to thickness ratio (≥3.5) and directional structure were obtained.

定向凝固技术的研究进展

详细地评述了传统定向凝固技术的发展过程和存在的问题 ,介绍了几种新近发展起来的新型定向凝固技术 ,并指出了今后发展的方向。

钢的电磁约束成型定向凝固工艺研究

以１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ为实验材料，对钢的电磁约束成型定向凝固工艺进行了一定的探索，获得了合理的感应器结构和理想的工艺参数，并成功地抽拉出直径２５ｍｍ、表面光滑、内部为柱状晶组织的试样。

双频电磁约束成形的温度场研究

双频电磁约束成形是一种利用较高频率电磁场熔化金属和利用较低频率约束金属熔体成形,同时实现金属坯料无坩埚熔化和无型成形的先进加工技术。测试并分析了不锈钢(1Cr18Ni9Ti)双频电磁约束成形过程中的温度场及其影响因素。结果表明,成形线圈功率仅影响成形温度场大小而对温度场峰值位置无影响;加热线圈功率和成形样件抽拉速率同时影响成形温度场大小与峰值位置;稳定成形时成形样件抽拉速率的变化改变熔体的温度,而熔体高度在一定的范围内无明显变化,即稳定成形时熔体高度恒定。利用双频电磁约束成形技术制备了大宽厚比不锈钢样件,其宏观组织为定向组织。

双频电磁约束成形过程的温度场研究

以耐热不锈钢为实验材料 ,利用自制的真空电磁约束成形定向凝固实验设备 ,测试并分析了双频电磁成形过程中样件的温度场及其影响因素 ,结果表明 :合理的预热感应圈结构使送入固态料棒的温度分布合理 ;在预热感应圈不影响成形感应圈的磁场分布的情况下 ,预热感应圈能调整熔体的温度分布 ,提高熔体的过热度 ;屏蔽罩能够调节成形感应圈内熔体的温度分布 ,使熔体的下固 /液界面上移 ,使成形感应圈内的熔体处于理想状态 ,侧表面垂直 ,位于电磁压力最大作用范围内 ;在其他条件一定时 ,抽拉速度和电源功率必须良好匹配 ,才能实现使金属熔化和凝固的动态平衡。

金属熔体电磁成形过程研究

以制备无污染的航空发动机叶片为背景 ,分析了金属熔体电磁成形定向凝固技术的原理 ,并以铝合金及 1Cr1 8Ni9Ti为研究材料 ,探讨了交流电磁场作用下金属熔体的感应加热熔化及约束成形过程 ,结果表明 :感应器结构决定其内部的磁场及电磁压力分布 ,感应器输入功率、熔体高度、上下液固界面位置、抽拉速度及冷却条件等参数综合影响金属加热熔化特性、熔体形状及其稳定性 ;通过控制合理的工艺参数 ,获得了截面为圆形及近似弯月面形、表面质量和内部定向组织良好的样件 .

电磁约束成形的技术特点及其发展前景

回顾了电磁约束成形技术的发展过程,通过分析圆形、椭圆形等不同横截面形状的纯铝、不锈钢以及高温合金等金属试样的电磁约束成形过程,从感应器结构、屏蔽罩插入深度、材料性状及抽拉速率等方面出发,详细论述了电磁约束成形定向凝固过程的技术特点,并阐述了电磁约束成形定向凝固技术的优缺点,指明了其今后的发展方向。

高温合金样件无接触电磁成形的试验研究

研究了真空条件下高温合金样件的无接触电磁成形过程 ,结果表明 ,采用合适的感应器结构、电流强度、抽拉速率以及屏蔽罩有利于电磁成形过程的稳定实现 ;在大量实验的基础上 ,获得了表面品质较好。

多功能电磁成形定向凝固设备的研制

电磁成形是一种先进的材料成形加工技术 ,应用该技术不仅可以实现金属的无坩埚熔化 ,而且还可以达到无铸型成形的效果 ,避免了材料在冶炼和成形中的污染。介绍一台自行研制的多功能电磁成形定向凝固设备 ,该设备不仅可以实现电磁成形定向凝固功能 ,而且还可以实现HRS法、LMC法和ZMLMC法等定向凝固工艺。超宽的调速范围。

电磁成形定向凝固三维非线性温度场数学模型

从基本物理模型出发,导出了电磁成形定向凝固稳态连铸过程中相变潜热在导热方程中的内热源处理形式,使之可以避免近似处理,而直接应用于数值模拟的推导过程.在此基础上,同时考虑涡电流加热、强制冷却、热辐射和热质运动等因素,建立了关于电磁成形定向凝固问题三维非线性温度场的完整导热微分方程.编程计算并与实验结果对比表明,模型正确有效.

液态金属电磁约束成形技术研究进展

电磁约束成形是一种无容器金属材料处理加工技术,它具有无器壁污染、短流程等优点。分析了液态金属电磁约束成形技术的原理、特点及其发展现状。指出电磁约束成形定向凝固技术集金属材料的加热熔化、无接触约束成形及组织定向凝固于一体,特别适合于高熔点、易氧化、高活性的特种合金坯件的无污染制备。

电磁成形高温合金大宽厚比板状件的实验研究

对大宽厚比(4?1)的高温合金(K3)板状件电磁成形包括工艺、感应器结构、屏蔽罩等进行了研究。结果表明:合理的感应器结构能使板状坯料均匀地沿横截面周界熔化并能约束一定高度的金属液柱;屏蔽罩能够调节感应器内的磁场分布,使感应器内的熔体处于合理状态;在其它条件一定的情况下,有一适合的抽拉速度和电源功率匹配,使熔化和凝固达到动态平衡;最后获得了表面质量良好、组织定向的宽厚比为 4?1 的高温合金板状件。

钛合金冷坩埚连续熔铸过程定向凝固

水冷铜坩埚存在很强的侧向散热,而定向凝固则必须保证单向热流,分别从电磁力、温度场及传热3方面来分析冷坩埚定向凝固的可行性。结果表明:在三相点焦耳热最大,感应焦耳热弥补了侧向散热,保证在下驼峰与坩埚接触点Z0附近区域等温线近乎平直,能够利用冷坩埚实现钛合金的定向生长。增大电磁压力,提高熔体过热度,可以减小坩埚壁的侧向散热,有利于冷坩埚实现定向凝固。

高温合金电磁成形定向凝固柱状晶组织及形成条件

研究高温合金电磁成形定向凝固柱状晶组织及其形成条件的结果表明,①电磁成形中熔体下固/液界面处温度场近一维分布,获得了柱状晶组织;②电磁成形高温合金样件具有间断迹象的定向胞晶组织;③给定其他条件后,电磁成形过程中不同形状、尺寸的样件熔体平直固液界面开始出现下凹的临界凝固速率具有不同的特定值。在相同凝固速率条件下,大尺寸样件的固液界面更容易出现下凹。

定向凝固技术的若干进展

定向凝固技术可使材料凝固组织按特定方向排列,获得定向及单晶组织结构,大大改善材料的力学和物理性能。简要地回顾了传统定向凝固技术的发展,指出了其存在温度梯度低的弊端。评述了几种新发展起来的新型定向凝固技术,并对其存在问题及发展趋势进行了讨论。指出电磁约束成形定向凝固技术集金属材料的加热熔化、无接触约束成形及组织定向凝固于一体,特别适合于高熔点、易氧化、高活性的特种合金坯件的无污染制备。

特种合金感应熔炼电磁约束成形技术若干进展

感应熔炼电磁约束成形是一种无容器金属材料处理加工技术,具有无器壁污染、短流程等优点。评述了几种感应熔炼电磁约束成形技术的原理和特点,并对其存在问题及发展趋势进行了讨论。指出电磁约束成形定向凝固技术集金属材料的加热熔化、无接触约束成形及组织定向凝固于一体,特别适合于高熔点、易氧化、高活性的特种合金坯件的无污染制备。

线圈匝数对钛合金冷坩埚定向凝固的影响

在自行研制的多功能冷坩埚电磁约束定向凝固装置上进行钛合金近矩形锭的冷坩埚连续成形实验,分析线圈匝数变化对所成形钛合金锭质量的影响程度。结果表明,增大感应线圈匝数,感应线圈有效作用范围内功率利用率高,熔体过热度高,金属流动性好,有利于成形可提高铸锭表面质量,铸造出表面光滑、无裂纹缺陷的钛合金扁形锭。

电磁分离一次铝硅合金中的富铁相

一次铝硅合金(含铁5wt%)加锰并在电磁场中进行定向凝固去除合金中的富铁相,主要通过改善富铁相的形态和降低合金中的铁含量减弱富铁相对铝硅合金性能的影响,研究了不同锰添加量下铝硅合金的电磁除铁效率、锰对富铁相形态改善的影响及电磁加锰分离富铁相的机理。结果表明,随锰添加量增大,铝硅合金中的富铁相逐渐从有害的针状转变为骨骼状、块状。加锰并经电磁定向凝固处理后,铝硅合金中绝大部分富铁相的形态变得规则,并在电磁力驱动下富集至合金底部。当锰铁摩尔比为1.2时,铝硅合金中残留的铁含量降至0.39wt%,加锰电磁除铁的效率高达90%。