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低频电磁半连续铸造铝合金工艺及理论研究

张勤  
【摘要】:本研究为国家重点基础研究发展规划资助项目“973”《提高铝材料质量的基础研究》之课题《电磁场作用下的铝合金凝固》的部分内容,通过施加交变磁场以及同时施加稳恒磁场和交变磁场对7075 铝合金半连续铸造过程中,1)液穴形态;2)晶粒细化和非枝晶组织形成;3)溶质元素的强制固溶及宏观分布;4)铸锭裂纹的萌生和消除等方面的研究,旨在为改善铝合金铸坯凝固组织,提高材料性能提供理论依据和实验基础。 本文首先研究了电磁场作用下,金属弯月面形状随感应线圈电流强度及频率的变化规律,结果表明,弯月面的曲率半径随感应线圈电流强度增加以及频率增大而减小。并测定了不同强度低频交变电磁场作用下,7075 铝合金凝固壳高度及铸锭表面质量的变化规律,首次采用晶粒游离理论解释了电磁场作用下初凝壳的形成机制,认为:电磁场作用下, 晶粒从结晶器壁游离数量增加,稳定初凝壳难以形成,是延缓初凝壳形成时间和降低初凝壳形成位置点的最根本原因。在此基础上,又系统研究了电磁场作用下,7075 铝合金半连续铸坯的微观组织,对电磁铸造过程中非枝晶组织形成机制进行了研究和探讨,针对初生相结晶核心的来源及发展演变问题, 提出了一种新的解释方法,认为:电磁场作用下,晶粒从结晶器壁游离数量增加是熔体中结晶核心增加的最主要原因,游离晶粒随对流熔体一同运动以及自身旋转运动抑制了枝晶生长,使最终凝固组织为均匀细小的近球形和蔷薇形晶粒。 本文在总结归纳前人热裂纹研究的基础上,提出了新的热裂纹形成机制。并对CREM 法消除裂纹的原因进行了分析,认为CREM 法一方面通过改善铸造条件使得不可补缩区缩小;内应力或应变降低;金属高温脆性区主要处于受压状态等形式,减少了热裂纹形成的诱因。另一方面,通过缩小合金材料高温脆性区;提高固液状态伸长率;降低晶界低熔点化合物数量和有效结晶区间线收缩大小等途径,降低了合金铸锭的热裂倾向,从而消除了裂纹。 低频电磁场可以大幅度提高晶内溶质元素含量,其主要原因可以归纳为以下几


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