鎂合金扁錠半連鑄的傳熱與凝固行為研究.pdf

1、在扁錠熱軋開坯軋制法中，鎂合金扁錠的規(guī)格與冶金質(zhì)量是板材軋制順利進(jìn)行以及保證板材質(zhì)量的重要因素，寬幅鎂合金板材或板卷的生產(chǎn)需要高質(zhì)量大規(guī)格鎂合金扁錠，然而，由于一般鎂合金均具有導(dǎo)熱能力小，體積熱容、凝固潛熱小以及含氣量大等特點，因此，其凝固與鑄造過程易于產(chǎn)生凝固組織不均、宏觀偏析、熱裂（冷裂）、組織疏松等問題。這些問題在具有面對稱特點的扁錠鑄造時比圓錠坯鑄造時更嚴(yán)重，且凝固體積越大越嚴(yán)重，錠坯制備已經(jīng)成為制約鎂合金寬幅板材發(fā)展的主要技術(shù)

2、瓶頸之一。因此，研究鎂合金扁錠的高質(zhì)量、低成本制備技術(shù)具有十分重要的理論與現(xiàn)實意義。本文以橫截面為130mm×300mm的AZ80-1Y鎂合金扁錠的半連續(xù)鑄造為研究對象，通過對鑄造過程中鎂合金熔體溫度變化的連續(xù)實時檢測，研究了包括鑄造速度、一次冷卻和二次冷卻條件以及低頻電磁場強度等工藝技術(shù)條件對鎂合金扁錠半連續(xù)鑄造過程的傳熱行為的影響規(guī)律，并通過凝固組織的觀察探索傳熱對凝固行為的影響規(guī)律。在本文試驗條件范圍內(nèi)取得如下主要結(jié)論:
　

3、　(1)扁錠組織與糊狀區(qū)的大小與形狀及其內(nèi)部溫度場分布密切相關(guān)。扁錠DC鑄造的糊狀區(qū)厚度從橫截面的心部到邊部逐漸增大，表明錠坯中心平均冷卻速度比邊部大;糊狀區(qū)內(nèi)等溫線分布表明，凝固過程中，錠坯中心部位在凝固不同階段無明顯變化，由錠坯中心到表面，冷卻速率在凝固開始階段逐漸減小，接近凝固結(jié)束階段無明顯變化，凝固行程中的冷卻速率差別明顯增加;扁錠從心部到邊部依次為粗大等軸晶區(qū)、柱狀晶區(qū)、細(xì)小等軸晶區(qū)和表層激冷細(xì)晶區(qū)組成，且多數(shù)情況由柱狀品區(qū)和

4、細(xì)小等軸晶區(qū)組成，粗大等軸晶區(qū)和表層激冷細(xì)晶區(qū)很小或消失;柱狀晶基本上呈現(xiàn)指向錠坯中心且向上傾斜取向;
　　(2)鑄造速度對鎂合金DC半連續(xù)鑄造傳熱及凝固行為具有顯著的影響，且影響程度厚向大于寬向。速度由80mm/min提高到120mm/min后，液穴變淺，液穴的曲率增加，且在靠近中心附近部位增加較明顯，糊狀區(qū)變薄，糊狀區(qū)內(nèi)各個方向的溫度均勻程度明顯提高，提高鑄造速度可減小鑄造內(nèi)應(yīng)力，提高熔體的整體冷卻速率，減小凝固行程與橫截面不

5、同部位的冷卻速率差別，柱狀晶區(qū)減小，晶粒細(xì)化，組織差別減小;增加二次冷卻水量與提高鑄造速度有相近的影響規(guī)律，但影響較小，且影響程度在厚向與寬向無明顯差別;
　　(3)電磁場顯著減小糊狀區(qū)厚度，并明顯提高糊狀區(qū)內(nèi)厚向溫度均勻程度，液穴變淺，顯著提高熔體的整體冷卻速率并提高了錠坯厚向上和凝固過程中的冷卻速率均勻程度，錠坯晶粒細(xì)化，組織差別減小，但對柱狀晶區(qū)的影響與鑄造速度有關(guān);鑄造速度對傳熱行為的影響不因電磁場施加而有顯著差別，但施加

6、電磁場后，高速時，柱狀品區(qū)在寬向上的取向生長消失;施加電磁條件下，減小二次冷卻水量可減小厚向糊狀區(qū)厚度并提高糊狀區(qū)內(nèi)厚向溫度均勻程度;電磁場強度扁錠鑄造傳熱行為無明顯影響，但磁致強制對流增強明顯細(xì)化了錠坯凝固組織;
　　(4)在施加電磁場條件下，結(jié)晶器內(nèi)套四周均粘貼硅酸鋁紙保溫材料以降低一冷時，由于結(jié)晶體中熔體溫度提高，電磁作用效果增強，整個糊狀區(qū)變薄，凝固開始冷卻速率顯著提高，錠坯寬向上的柱狀晶消失，晶粒明顯細(xì)化，組織差別減小;