低频电磁水平半连续铸造中磁场的分布及其对宏观偏析的影响

采用数值模拟的方法研究了低频电磁水平半连续铸造7075铝合金中不同强度及频率的磁场在熔体中的分布,并采用试验的方法研究了不同条件的磁场对铸锭宏观偏析的影响。将使用传统水平半连续铸造生产出的铸锭与低频电磁水平半连续铸造生产的铸锭进行了比较。研究结果表明:在传统水平半连续铸造工艺条件下,铸锭中易出现较严重的负偏析及重力偏析;然而,在低频电磁水平半连续铸造过程中,低频电磁场的存在明显削弱了铸锭中的宏观偏析。此外,磁场在熔体中的分布情况将直接影响其作用效果,提高磁场强度及适当降低磁场频率均有利于对宏观偏析的改善。

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。

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.

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。

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.

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%。

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.

低频电磁场对水平半连续铸造7075铝合金的影响

采用实验的方法研究了低频电磁场对水平半连续铸造铝合金的表面质量及铸态组织的影响·将使用传统水平半连续铸造生产出的铸锭与低频电磁水平半连续铸造生产的铸锭进行了比较·研究结果表明,低频电磁场可有效地减少铸锭的表面缺陷并显著改善铸锭的微观组织·此外,提高磁场的强度或适当降低磁场的频率均有利于对铸锭质量的改善·实验所采用的安匝数及频率范围中,最优的条件分别为10000,30Hz·

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.

低频电磁铸造Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金

采用低频电磁LFEC和常规DC铸造技术 ,半连续铸造了三种新的Al Zn Mg Cu Zr合金 ,考察了两种技术铸造组织、锭坯表面状况、元素晶内固溶度和力学性能的区别。结果表明 ,低频电磁铸造组织均匀细小等轴 ,呈细小的蔷薇形和球形 ,平均晶粒尺寸为 2 0～ 5 0 μm ;锭坯表面无冷隔和少偏析瘤 ;合金元素在晶粒内的含量增加 ,Zn的相对溶质固溶百分数为 75 %～ 65 % ,Mg为 72 %～ 66% ,Cu为 4 5 %～ 4 0 % ;铸态力学性能显著提高 ,拉伸强度极限为 330～ 35 0MPa ,延伸率为 0 8%～ 1 2 %。

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。

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。

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。

低频电磁场对半连铸高强Al合金组织结构的影响

利用光学显微镜、X射线衍射仪和透射电镜, 研究了在不同电流和频率作用下, 半连铸 d100 mm高强高韧Al合金铸锭组织结构的变化。结果表明: 在电磁场频率为25 Hz时, 当电流从60 A增大到100 A时, 电流越大, 晶粒细化越明显; 在电流为100 A时, 晶粒细化的最佳频率为25 Hz; 与常规铸锭相比, 随电流增大, 铸锭内沿[311]方向产生的织构逐渐消失, 并且铸锭边缘和中心部位的点阵常数逐渐趋于一致, 这表明溶质元素的分布更加均匀; 在电流和频率分别为100 A和25 Hz时, 晶界附近无析出带宽度变窄, 约为100 nm。此时, 无论是在晶内还是沿晶界, 析出相的尺寸明显减小, 并且有亚稳相, 形态近似为颗粒状。