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7xxx铝合金电磁搅拌铸造流场的数值模拟及试验研究

易雪雄  
【摘要】:金属的凝固涉及到复杂的物理变化,包括传热、传质和相变等。电磁搅拌技术自其开发应用以来,已经成为一种对金属凝固进行控制的有效手段。它对提高铸坯的等轴晶率、细化凝固组织、改善夹杂物并促进成分均匀化具有重要的作用。本文通过数值模拟的方法,结合试验,对电磁搅拌作用下坩埚内7050铝合金的流场进行了仿真。探索电磁搅拌参数对铝合金熔体流动的影响,为调整电磁搅拌的工艺参数提供有效的依据。 本文利用商用有限元分析软件ANSYS对低频电磁搅拌器作用下坩埚内铝合金熔体的电磁场、流场进行了仿真模拟。建立了电磁搅拌器的三维有限元计算模型,分别计算了不同工艺参数条件下铝合金熔体内的电磁场和电磁力的分布规律,并将通过ANSYS的多物理场耦合功能将电磁力作为体载荷加入流场中进行了流场的分析计算。 电磁搅拌器作用下的磁场分析结果表明:在电磁搅拌器工作频率相同的情况下,随着电流强度的增大,磁感应强度和电磁力的强度均有所增大。磁感应强度和电磁力强度的增大,有利于对铝合金熔体的充分搅动。在电流强度一定的情况下,随着频率的增大,磁感应强度有所降低,但降低幅度很小,电磁力随着电流频率的增大而增大。对铝合金熔体流场的计算结果表明,随着电流的增大,熔体流速也相应增大。在一定范围内,随着电流频率的增大,熔体流速也相应增大。 确定了试验方案:分别在无电磁和电流为10A,频率为10Hz、13Hz、16Hz四种不同情况下获得四个铸锭。分别取试样观察和比较金相组织。由试验结论可知,电磁搅拌下铝合金凝固组织成等轴晶状,较无电磁搅拌的组织分布均匀,晶粒较细。说明电磁搅拌对7050铝合金的凝固组织有一定的改善作用。对比不同频率下的试验的结果可知该电磁搅器在工作参数为10A、16Hz时可获得较好的搅拌效果。


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