搅拌磁场对Ti1023铸锭宏观组织和成分的影响

研究了真空自耗电弧熔炼Ti1023钛合金过程中,搅拌磁场对铸锭宏观组织和铁元素含量的影响。结果表明,熔融金属在没有搅拌磁场的状态下凝固,铸锭的晶粒粗大且中间等轴晶和柱状晶的界线比较明显。施加搅拌磁场后,晶粒变细。磁场对不同熔化阶段的铸锭组织的影响程度不同,在熔炼阶段对组织影响最强,补缩阶段次之,起弧阶段最弱。未施加磁场时,熔池较窄,施加磁场后,熔池变宽,并且铁元素的偏析有一定程度的减轻。

VAR熔炼中搅拌磁场对元素宏观偏析的影响

在利用真空自耗电弧炉(VAR)熔炼钛及钛合金铸锭时,因VAR熔炼本身特点,铸锭规格大型化后会出现合金元素控制困难、宏观偏析等问题,对产品质量造成严重影响。通过对成品直径为1040 mm的TA2铸锭中Fe元素、TA10铸锭中Ni元素成分进行分析,设计实验探究搅拌磁场对元素宏观偏析的影响。实验通过改变熔炼时的电磁搅拌方式,探究搅拌磁场对Fe、Ni元素宏观偏析的影响。结果表明两次熔炼都使用交流搅拌磁场的铸锭其偏析程度远远小于一次直流搅拌、二次交流搅拌的铸锭,头底Fe元素偏析率降低到6.25%。头底Ni元素偏析率降低到6.41%。经过分析,主要原因是因为搅拌磁场会影响熔池深度及金属凝固时的结晶,减弱Fe、Ni元素在钛熔液里凝固时因溶质再分配造成的结晶浓度偏差。

搅拌磁场强度对Ti-1023合金凝固组织和Fe偏析的影响

研究了工业化制备的超大规格Ti-1023合金铸锭在不同搅拌磁场强度下的纵向凝固组织和Fe元素分布。结果表明:当磁场强度为0.001和0.003 T时,铸锭组织主要由粗大柱状晶,竹节状的小柱状晶和等轴晶组成;当搅拌磁场强度为0.002 T时,凝固组织转变为由粗大柱状晶和细小等轴晶组成。Ti-1023合金铸锭中Fe元素在不同磁场强度下遵循正偏析规律,沿铸锭长度方向Fe元素含量从底部到顶部逐渐增加,沿径向从边缘到中心逐渐增加。随着磁场强度从0.001 T增加到0.003 T,合金元素Fe的宏观偏析率呈现先减小后增大的趋势。

基于数学模型的管坯连铸过程中电磁搅拌器的参数优化

通过建立电磁场模型和流场模型,借助ANSYS软件对电磁搅拌器结构参数以及电磁参数进行了优化设计。结果表明:采用三相三极对以及A型磁轭结构的电磁搅拌器具有更好的搅拌效果;理想的电流强度为20 A,电流频率为30 Hz,而实际中适当减小电流频率、增大电流强度可以得到更好的生产效果。

摆动磁场条件下的焊接接头组织研究

为了优化不锈钢焊接工艺,提高焊接质量,进行了外加电磁场条件下的304不锈钢钨极氩弧焊(TIG),磁场施加方式分别为横向磁场和旋转磁场.焊后采用电子显微镜对焊接接头进行显微组织观察,研究了不同外加磁场类型和不同焊接速度对不锈钢焊接接头组织的作用规律.试验结果表明,外加磁场改变了熔池的流动形态,使金属液由四周向中心流动并伴有搅拌,也使焊缝熔深增大的同时,抑制柱状晶的形成,细化组织.

VAR电磁搅拌工艺对熔体流动影响的模拟研究

真空自耗电弧熔炼中熔体的流动行为影响铸锭的凝固特性。熔体运动直接观测困难,因此通过模拟揭示熔体的流动行为非常关键。采用自主开发的三维模拟模型,研究了不同搅拌工艺参数下,熔炼过程中熔体的流动行为及熔池形貌。研究表明,随着搅拌电流从0.01 A逐步增加到25 A(搅拌周期为8 s),熔体旋转速度从0.000 1 m/s近似线性增加到0.212 m/s,熔池逐渐宽化(由V形变成U形),熔池最大深度和熔池体积均存在一个明显的先下降后上升的过程。而随着搅拌周期从1 s逐步增加到24 s(搅拌电流为5 A),熔体旋转速度从0.012 5 m/s快速增加到一个较大值(16 s时为0.081 8 m/s)后趋于稳定,熔池逐渐宽化,熔池最大深度逐渐降低到一个最低值后趋于稳定。搅拌电流和搅拌周期均影响熔体的旋转及平面运动,但两者的影响机理存在一定的差异。

VAR过程中Ti-1023合金凝固组织和偏析行为的研究

采用SEM、XRD及化学成分分析等方法,分析了真空自耗电弧熔炼(VAR)过程中Ti-1023铸锭的凝固组织及相组成,研究了搅拌磁场对铸锭宏微观偏析行为的影响。结果表明,等轴晶区主要为针状和片层状的α相结构,而柱状晶区中等轴颗粒状的α相结构较多;在铸锭柱状晶和等轴晶内,Fe含量沿晶粒生长方向逐渐增加,且等轴晶内Fe的偏析程度要大于柱状晶内的;施加搅拌磁场后,Fe在柱状晶和等轴晶内的偏析程度都有所减小,同时Fe在Ti-1023铸锭中的宏观偏析程度降低,这对该合金中β斑的形成具有重要的影响。

Effects of annulus gap on flow and temperature field in electromagnetic direct chill casting process

A comprehensive mathematical model of annulus-electromagnetic direct chill （A-EMDC） casting of A357 aluminum alloy was established with corresponding experimental verification. The model was based on a combination of the commercial finite element package ANSYS and the commercial finite volume package FLUENT. The effects of structural parameters on fluid flow, temperature field and solidification during A-EMDC process were investigated numerically. The results show that structural parameters such as annulus gap width, annulus gap position, and centre pipe length influence the flow and temperature fields. The smaller the annulus gap width is, the more uniform the temperature is, and the smaller the temperature gradient is. With increasing the centre pipe length, the circular flow would decrease due to the dislocation of centre pipe. Specially, when the annulus gap is located at periphery of the billet, the temperature gradient of the longitudinal direction in the solidification region falls evidently.

Microstructure evolution of 3003/4004 clad ingots under diverse physical fields

In order to improve the quality of clad ingots, diverse physical fields including electromagnetic stirring, power ultrasonic and compound field of ultrasonic and electromagnetic stirring were attempted to prepare clad ingots of 3003/4004 alloys. The solidification structures near the interface in clad ingots were investigated. The experiment results indicate that the solidification structure of 4004 alloy changes from dendritic crystals to petal-like grains when the clad ingot is treated by electromagnetic stirring. With the effect of power ultrasonic, the solidified microstructure of 4004 alloy exhibits the refinement of both primary a（A1） and eutectic silicon. Under the compound field, the primary a（A1） is refined, the morphology of eutectic silicon has a transition from a coarse plate-like form without treatment or thin acicular-like form with power ultrasonic to fine coral-like form.

磁场对激光焊接钢/铝异种金属焊缝性能的影响

将磁场引入激光焊接系统中,开展了DC51D+AZ镀锌钢和6061铝合金的激光对接焊试验和焊接试样的拉伸试验,研究了交变磁场对焊缝成形、气孔缺陷、断口形貌、金属间化合物与焊缝力学性能的影响。结果表明,添加磁场后,焊缝抗拉强度得到提高;磁场搅拌能改善焊缝的形貌,减少焊缝中气孔的数量,细化针状FeAl_3相,抑制脆性Fe/Al化合物的生长,从而有效提高焊缝的力学性能。

锡磷青铜薄板坯水平电磁连铸技术的优化研究

对锡磷青铜薄板坯水平连铸的行波电磁搅拌技术进行了优化研究,提出了在搅拌器的端部放置硅钢片、改变搅拌器的长度以及减小搅拌器的端部电流强度等3种方法,来优化连铸薄板坯端部的流动和凝固过程,并采用数值模拟和工厂实验相结合的方法对其进行了分析。结果表明:相比其他2种方法,通过在行波搅拌器的端部放置硅钢片更有利于改善熔体端部的流动状况,当施加硅钢片的长度为150 mm时,熔体端部的强环流消失,连铸坯端部的凝固坯生长更加均匀,从而有利于防止连铸薄板坯边部的裂纹和偏析缺陷产生。