脈沖電流處理鐵基合金的凝固組織特性研究.pdf

1、本文研究了脈沖電流對共晶Fe70Cr18Ni12合金和亞共晶FeMnMoC合金(ZGMn13Mo2鋼)凝固組織的影響，以及0Cr18Ni7Mn5Mo2鋼在高密度間歇直流電作用下的凝固組織特性。并利用ANSYS軟件對脈沖電流處理金屬熔體的凝固過程進行數值模擬。 首先設計并制作一臺高頻率高能量密度脈沖電流發(fā)生裝置，使其最高充電電壓為50kV，放電峰值電流為80kA，并且整機充電時間在15s以內，有4種放電頻率分別為1×105Hz、5

2、×104Hz、2×104Hz、1×104Hz。同時設計并制作了一臺與脈沖放電設備配套使用的高溫熔化設備，其最高加熱溫度為1700℃，并且升溫速度在30℃/min以上，可實現惰性氣體保護，為本研究提供了基礎試驗條件。 通過脈沖電流發(fā)生裝置及高溫熔化設備對高熔點鐵基合金施以脈沖電流處理，系統(tǒng)研究了脈沖電流密度、脈沖頻率及脈沖電流處理溫度對共晶Fe70Cr18Ni12及亞共晶ZGMn13Mo2鋼凝固組織的影響。結果發(fā)現脈沖電流處理可明

3、顯細化共晶Fe70Cr18Ni12及亞共晶ZGMn13Mo2鋼的凝固組織，且凝固組織隨著脈沖電流密度的增加和脈沖頻率的增大而細化，在本試驗研究條件下，其最佳細化效果分別使兩種合金凝固組織從120μm和240μm細化到0.6μm和8μm。開始放電溫度十分重要，溫度過高鋼液會產生飛濺甚至發(fā)生爆炸現象，溫度過低則無法獲得均勻的凝固組織，開始脈沖放電處理的最佳溫度為在鋼的凝固點左右。 0Cr16Ni22Mo2Ti鋼在高能量密度間歇式直流

4、電和壓力共同作用下，其凝固組織為面心立方結構的納米晶。 理論計算表明，脈沖電流處理可引起金屬熔體溫升，但高脈沖頻率條件下(1×105Hz)，其溫升值對于ZGMn13Mo2鋼僅為幾度，對于Fe70Cr18Ni12合金僅為零點幾度，可以忽略不計；而在脈沖頻率很大時脈沖電流密度的增大對金屬熔體的溫升影響不大，此時，脈沖電流處理引起的溫升對金屬熔體凝固結晶形核的負面影響可以忽略不計，因此，從理論上進一步證明高頻率高能量密度脈沖電流處理金

5、屬熔體可以獲得超細晶凝固組織。 經脈沖電流處理后ZGMn13Mo2鋼的硬度和耐磨性明顯提高，并且隨著處理電流密度的增大，ZGMn13Mo2鋼的耐磨性逐漸提高。同樣，脈沖電流處理也使共晶Fe70Cr18Ni12合金的強度和韌度提高。 試驗研究結果和ANSYS理論計算結果表明，高能量密度脈沖電流通過金屬熔體時，在金屬熔體內部將會產生強烈的電磁振蕩效應和磁致伸縮效應，從而使金屬熔體內產生強烈的電磁沖擊振蕩，液態(tài)金屬將反復被壓縮