連續(xù)式電磁攪拌制備ZL112Y鋁合金流變半固態(tài)漿料的工藝研究及裝置設(shè)計(jì).pdf

1、本研究的目的是設(shè)計(jì)一套三個(gè)線圈協(xié)同工作的連續(xù)式電磁攪拌的實(shí)驗(yàn)裝置，并通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬來(lái)優(yōu)化三個(gè)線圈所采用的工藝參數(shù)，使其在既節(jié)約能源又易于控制溫度的前提下，仍能得到合適的半固態(tài)漿料。 本文首先設(shè)計(jì)了單個(gè)線圈進(jìn)行電磁攪拌的實(shí)驗(yàn)裝置。通過(guò)對(duì)不同溫度及不同攪拌工藝下得到的材料的顯微組織的比較，確定了合理的半固態(tài)溫度和攪拌工藝，即半固態(tài)溫度為590℃，震蕩電流為500A。在該工藝下初生α相圓整的、均勻地分布在基體上，晶粒大小為20μm。隨

2、后對(duì)單個(gè)線圈電磁攪拌過(guò)程進(jìn)行建模及電磁場(chǎng)和流速場(chǎng)的耦合模擬，得到了電磁場(chǎng)分布和流速場(chǎng)分布。從流速場(chǎng)分布情況來(lái)看，在熔體內(nèi)部豎直方向上存在兩個(gè)高度相等的漩渦，該結(jié)果與電磁攪拌的原理及實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致，因此模擬出的結(jié)果切合實(shí)際。通過(guò)計(jì)算求出在該溫度和工藝下熔體內(nèi)部的平均流動(dòng)速度為3.2cm/s,將該速度作為能否得到半固態(tài)漿料的判據(jù)。接著自行設(shè)計(jì)了連續(xù)式電磁攪拌的實(shí)驗(yàn)裝置，解決了熔體容器材料及底部流出控制閥兩個(gè)難題。隨后對(duì)連續(xù)式電磁攪拌過(guò)程進(jìn)行

3、建模及磁場(chǎng)和流速場(chǎng)耦合模擬。得到三個(gè)線圈進(jìn)行電磁攪拌時(shí)的熔體內(nèi)部流速場(chǎng)分布，發(fā)現(xiàn)熔體內(nèi)部的流動(dòng)是由許多漩渦組成的。從熔體底部到距離底部32mm的熔體區(qū)域內(nèi)，溫度在590℃和594℃之間，由于該合金的液相線溫度為594℃，所以只有該區(qū)域有固相析出。另外通過(guò)模擬結(jié)果可以看出，該區(qū)域內(nèi)部存在一個(gè)較大漩渦，可認(rèn)為固相幾乎都在該區(qū)域內(nèi)的漩渦中運(yùn)動(dòng)，其它的區(qū)域只是純液相的流動(dòng)。模擬中分別采用了三種不同的攪拌工藝，500A-800A-1000A和40

4、0A-600A-800A這兩種工藝模擬出的在熔體底部出口處的平均流動(dòng)速度分別為6.3cm/s和4.1cm/s，均大于臨界平均流動(dòng)速度。而采用第三種工藝即200A-400A-600A時(shí)，出口處的流動(dòng)速度為2.45cm/s。因此只有前兩種工藝可以得到滿足要求的半固態(tài)漿料。然而從節(jié)能方面考慮選擇第二種工藝較好，最后將其進(jìn)一步改進(jìn)為400A－600A－400A，此時(shí)出口處的流動(dòng)速度為3.9cm/s，該結(jié)果比較理想，對(duì)連續(xù)式電磁攪拌過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究