脉冲磁场下电磁力特性研究:凝固实验

采用低熔点金属伍德合金研究了工频脉冲磁场对金属液面波动行为的影响规律:工频脉冲磁场的周向电磁力搅拌熔体使其形成环状涡流;而径向电磁力在其表现为压力作用时使熔体在中心形成圆形液柱,表现为拉力作用时使熔体在中心形成圆形漩涡.另外,采用Sn-20%Pb合金研究了工频脉冲磁场对铸坯质量的影响:工频脉冲磁场的作用不仅使Sn-Pb合金的微观组织明显细化,而且使铸坯的表面质量得到明显改善.在本实验条件下,当脉冲放电频率为3.9和6.6 Hz时,金属熔体的液面发生共振运动,加速了熔体内的流动,从而增强了脉冲磁场的细化效果.

电磁场在材料凝固过程中的应用

介绍了各种电磁场处理在材料凝固过程中的应用和存在的问题,对从事冶金和铸造领域研究的人员具有一定参考价值。

n-SiC_p/1350复合材料低频电磁铸锭挤压材组织与性能的研究

利用低频电磁铸造（LFEC）-热反挤压方法制备了n-SiC/1350复合材料挤压材.通过金相组织观察（OM）、扫描电镜（SEM）、室温拉伸性能以及硬度、导电率等测试手段,研究了该复合材料热反挤压前后的显微组织、拉伸性能以及硬度、导电率的变化情况.结果表明：低频电磁铸造（LFEC）铸锭表面质量显著优于传统直冷半连续铸造（DC）铸锭表面;LFEC制备n-SiCp/1350复合材料铸锭组织中n-SiCp较DC铸锭组织显著均匀弥散,n-SiCp在凝固过程中发生团聚,尺寸为1.0～3.5 μm;LFEC制备复合材料铸锭晶粒较DC制备铸锭晶粒细小;拉伸试验结果表明,热挤压变形后LFEC制备复合材料的抗拉强度140.5 MPa、延伸率24.7％均优于DC铸锭挤压材的抗拉强度132.5MPa、延伸率20％;热挤压后,LFEC制备复合材料的硬度32HV略高于DC铸锭挤压材硬度30HV,导电率54.3％IACS略低于后者的54.6％IACS.

低频电磁铸造铝合金结晶器材料优化设计

低频电磁场作用下铸造铝合金过程中结晶器设计的好坏对保证铸坯质量起到很重要的作用。

矩形电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为

通过静态热模拟实验,采用低熔点Sn-32%Pb-52%Bi(质量分数)合金作为钢液的模拟介质,研究不同工艺参数下矩形电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为的变化规律。结果表明:由于矩形电磁软接触结晶器本身的结构限制,其弯月面沿周向上的分布具有不均匀性;随电源功率增大,弯月面高度增大,同时波动加剧;实际生产中线圈应尽量靠近结晶器口部位置安装,有利于提高弯月面高度和增强弯月面稳定性;浇注过程中,应该使浇注液面尽可能的控制在线圈中心偏上位置;当电源频率增大时,应该同时适当的提高电流来保证软接触效果。

脉冲磁场下电磁力特性研究:理论分析

利用数学解析方法对脉冲磁场细晶技术的电磁力特性进行了理论分析.分析结果显示,单个放电周期内,随着时间变化,熔体内部脉冲电磁力方向发生瞬时改变;在某个时间段范围内,熔体内部与外部存在电磁力方向不一致的现象,而且单个周期内电磁力存在衰减特性.以上这些特性,是造成脉冲磁场致熔体振荡的主要原因.另外,对于本研究采用的工频脉冲磁场,脉冲电磁力对熔体还有搅拌作用.而且,当脉冲放电频率与凝固系统的某一固有频率相符合时,将引起共振效应,增强脉冲电磁力作用效果.

粉煤灰颗粒增强铝基复合材料的研究

采用搅拌铸造法制备粉煤灰增强铝基复合材料·粉煤灰颗粒大多为球形,密度为2 75g/cm3,颗粒直径主要集中在5～60μm,主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3,三者质量分数总和超过85%·SEM分析表明铝基粉煤灰复合材料中存在着颗粒团聚,并有气孔产生·将制备的复合材料与6061合金就磨损、拉伸强度性能进行对比试验·试验结果表明:该复合材料在常温下抗拉强度变差,而耐磨性与6061合金相比提高20倍以上·

大方坯连铸跨结晶器电磁搅拌的数值模拟

借助有限元分析软件ANSYS,在电流为600A,频率为2Hz条件下,对大方坯跨结晶器电磁搅拌进行了数值分析·实验结果和模拟结果对比表明,试验结果和数值模拟结果基本相符·重点分析了不同的电流和频率下,铸坯中心磁场强度和节点电磁力的变化规律,结果表明:铸坯中心磁场强度、节点电磁力随电流增大而增加,也随频率增加而增加,在8Hz时达到最大值·

脉冲磁场作用于钢液熔体的电磁场数值模拟

为了解脉冲磁场的电磁力特性,利用ANSYS软件,脉冲电源波形采用梯形波,对脉冲磁场作用下钢液的电磁场进行了模拟,得到了电磁力周期变化规律,脉冲频率和脉冲波型对脉冲电磁力的影响规律.结果表明:脉冲磁场作用下,电磁力瞬时发生变向,往复振荡熔体;在研究的脉冲放电频率范围内,脉冲放电频率的改变对电磁场、力场的分布影响不大;对于采用的梯形脉冲波形,电磁力随着脉冲上升沿和下降沿宽度的减小而显著增大,而当脉冲宽度增大时,脉冲电磁力呈现减小的趋势.

异相位电磁连铸的电磁场分析

采用ANSYS有限元软件对空心管异相位电磁连铸中电磁场、力场的分布进行了模拟．结果表明:异相位磁场作用下, 铸管中磁感应强度高且分布均匀;壁厚中部的金属熔体受到沿径向的电磁推力,向外结晶器方向流动;石墨环附近的金属熔体和初凝壳受到电磁斥力的作用,可以避免“抱芯”,减少摩擦,抑制了偏析瘤的形成,进而提高了铸管表面质量．

连铸结晶器电磁搅拌参数对磁场分布的影响

结合连铸过程的实际情况,采用现场实测与数值模拟的方法,研究了连铸Φ250mm圆坯结晶器电磁搅拌电流和频率对磁感应强度和电磁力分布的影响.研究结果表明,数值模拟计算值与现场实测数据基本一致;当电流相同时,随着频率的增加,磁感应强度减小;沿着结晶器方向,电磁力随着频率的增加而增加,且随着频率的增加,最大电磁力增加量减小,但在搅拌器中心对应的径向上,随着频率的增加,电磁力减小;当频率相同时,随着电流强度的增加,钢液内的磁感应强度和电磁力都增加.结合数值模拟的具体结果,电磁搅拌电流和频率为480A,3Hz时,能起到良好的搅拌效果.

切缝参数对工业实验软接触结晶器内磁场分布影响的数值模拟

通过有限元法三维数值模拟,研究了不同结构参数对圆坯电磁软接触结晶器内部磁场的影响规律.结果表明,对于部分切缝结晶器,结晶器口部有无盖板对其内部磁场分布的影响不大;增加结晶器切缝数,结晶器内磁场的渗透率、磁感应强度、磁场的有效作用范围及磁场的均匀性都得到增强;切缝宽度对结晶器内部磁场的影响不大;切缝长度越长,磁感应强度越大,磁场的有效作用范围越大.

电磁搅拌对马氏体不锈钢凝固组织的影响

通过马氏体不锈钢的静态浇铸试验研究了电磁搅拌对马氏体不锈钢铸坯凝固组织的影响。使用XRD分析确定马氏体不锈钢中主要相为α-Fe、M、Cr23C6。试验结果表明:电磁搅拌可以大幅提高铸坯的等轴晶率,消除缩孔、缩松,改善铸坯质量,随着搅拌电流的增加,铸坯的等轴晶比率随之增加。施加电磁搅拌后,铸坯晶粒得到细化,铸坯中C、Cr元素的分布变得均匀,屈氏体组织形态和分布发生明显变化:屈氏体组织变小变薄,在基体中的分布也呈弥散化。

铝合金空心管坯电磁铸造中磁场分布的数值模拟

采用数值模拟的方法研究了铝合金空心管坯电磁铸造中磁场的分布规律·建立了包括水冷芯、外结晶器、铸锭及内/外两个线圈的二维轴对称有限元模型·通过求解磁矢势微分方程,确定了磁感应强度在空间的分布·计算结果表明:铸造过程中内外线圈相互作用,外线圈电流约为内线圈的一半时,磁感应强度分布比较均匀;线圈电流频率和相位是空心管坯电磁铸造中重要的工艺参数,适当增加频率,管的内表面侧磁感应强度明显增强;相位影响磁感应强度梯度的大小和方向·

大方坯结晶器电磁搅拌磁场流场耦合数值模拟

为了更加清楚的了解大方坯结晶器电磁搅拌过程钢液流动的状况,采用耦合数值模拟的方法,以矢量图和云图的形式直观地研究了结晶器电磁搅拌电流和频率对大方坯流场分布的影响。结果表明,随着电流和频率的增加,速度和湍动能逐渐增大,搅拌器的影响区域也逐渐靠近中心,电磁场的影响区域增大。

高强度Al-Sn-Si-Cu-Mg轴瓦材料的研究

针对现代发动机向高速、重载、无污染方向发展的需求,研发出了一种新型高承载能力的、无Pb的铝合金轴瓦材料。通过正交试验,分析了添加元素对合金力学性能的影响规律,确定了合金的成分控制范围。试验结果表明:该合金具有显著的时效硬化能力,它在475℃0.5h固溶淬火、160℃8h时效后的性能指标可达HV≥70;抗拉强度Rm≥200N／mm2;伸长率A≥15％。

圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为的研究

以低熔点合金Sn-32Pb-52Bi作为钢液的模拟介质进行静态热模拟试验,研究频率为1500Hz下不同液位、功率等参数下圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内弯月面行为的变化规律。结果表明,中频感应电源产生的中频磁场相对于高频磁场具有较强的渗透能力,所以很容易通过分瓣体结晶器的切缝处而作用到液态金属上,并且只需要较小功率就能获得与高频磁场较大功率下的弯月面高度;随着电源功率的增加,弯月面高度也随着增大,同时也加剧了金属液表面的波动;试验时将线圈位置尽量靠近结晶器口部位置安装,有利于弯月面形变的增大和弯月面稳定性的增强;在浇注拉坯时应使浇注液面尽可能的控制在感应线圈高度中心偏下的位置。

新型电磁制动下漏斗形结晶器流场的数值模拟

针对薄板坯漏斗形结晶器宽侧壁形状的不规则性,设计了新型全幅一段电磁制动装置.通过改变其在竖直方向的位置高度和磁通势（电流和匝数乘积）的大小,采用数值模拟的方法分析了电磁制动作用下钢液流场分布.结果显示,两种参数的改变对磁场分布趋势的影响不大,结晶器内的磁场分布不均匀,最大磁感应强度的区域位于磁场中心位置略向下靠近结晶器窄壁处.通过与未施加电磁力的结果比较,电磁制动的位置高度在250-300 mm,磁通势为8 000 A或以上时,结晶器内的钢液流股被抑制,流场情况得到显著改善.

热反挤压变形对n-SiC_p/2024复合材料组织与性能的影响

利用半连续铸造-热反挤压工艺制备了n-SiCp/2024复合材料棒材。通过金相组织观察(OM)、扫描电镜(SEM)、室温力学性能以及电导率测试等手段,研究了该复合材料在热反挤压前后的显微组织、力学性能与电导率的变化情况。结果表明:复合材料铸锭中粗大第二相沿晶界非连续分布,Cu、Mg元素偏聚显著,大多数n-SiCP偏聚在晶界处,少量分布在晶内;热挤压变形后,n-SiCp团聚现象显著消除,Cu、Mg元素及n-SiCP分布趋于均匀,n-SiCp及破碎第二相沿热挤压方向呈纤维状分布;拉伸实验结果表明,热挤压后复合材料的强度及塑性显著提高;热挤压后,复合材料的电导率低于基体合金。

方坯电磁制动磁场的模拟研究

为了优化磁路的设计、更好地完善方坯电磁制动理论,建立了方坯电磁制动磁场计算的数学模型,开发了计算可靠、适用性强,能适应不同尺寸磁铁的方坯磁场计算程序。通过数值模拟阐明了方坯电磁制动磁路内三维磁场的分布特点。列出了全部电磁参数和结构参数共8个因素,找出影响磁场因素的主次顺序,得到与最大磁感应强度对应的较好的磁路配置条件,讨论了操作条件对磁场的影响规律,并得到了工作间隙中心点处磁感应强度的无量纲关联式。