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材料导报 2022年第8期36卷 153-157页

作者：郭庆涛唐雪峰李泽林潘栋柴明亮贾吉祥鞍钢集团北京研究院有限公司北京102211 鞍钢股份技术中心辽宁鞍山114009 鞍钢股份炼钢总厂辽宁鞍山114009

本工作自主开发了一种新型的螺旋电磁搅拌器(单绕组),并研究了单绕组线圈所激发的螺旋电磁场对含碳量为0.75%(质量分数)的钢铸坯(大方坯)的元素分布的影响。研究结果表明,螺旋电磁搅拌的电流、搅拌频率以及搅拌方式都会显著影响合金元... 详细信息

本工作自主开发了一种新型的螺旋电磁搅拌器(单绕组),并研究了单绕组线圈所激发的螺旋电磁场对含碳量为0.75%(质量分数)的钢铸坯(大方坯)的元素分布的影响。研究结果表明,螺旋电磁搅拌的电流、搅拌频率以及搅拌方式都会显著影响合金元素的分布。当对铸坯进行反螺旋型搅拌时,螺旋搅拌的电流越大(400 A以上)、频率越高(6 Hz以上),碳元素的偏析程度越低。采用电火花原位分析测定了搅拌前后铸坯的碳元素偏析程度,结果表明,对螺旋电磁搅拌的参数进行优化后,铸坯中心区域的碳元素的统计偏析度可降低50%以上(95%的置信区间)。

关键词：大方坯连铸螺旋电磁搅拌碳偏析

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螺旋电磁搅拌下结晶器内的钢液流动和凝固行为的模拟研究

螺旋电磁搅拌下结晶器内的钢液流动和凝固行为的模拟研究

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作者：李亮东北大学

学位级别：硕士

螺旋磁场是旋转磁场和行波磁场空间上的叠加,螺旋电磁搅拌结合了两者特点,既能产生横截面上的切向力,又能产生纵截面上的轴向力,两者的合力在空间上有一定夹角,使钢液在更大范围内流动,搅拌更加充分,均匀液相穴内温度,改善凝固组织,扩... 详细信息

螺旋磁场是旋转磁场和行波磁场空间上的叠加,螺旋电磁搅拌结合了两者特点,既能产生横截面上的切向力,又能产生纵截面上的轴向力,两者的合力在空间上有一定夹角,使钢液在更大范围内流动,搅拌更加充分,均匀液相穴内温度,改善凝固组织,扩大等轴晶区,减小中心偏析。本文设计了一种新型复合式螺旋电磁搅拌装置,以450×370mm大方坯为研究对象,采用数值模拟的方法,研究了结晶器螺旋电磁搅拌器磁感应强度和电磁力的分布规律。采用VOF模型,研究了三种螺旋电磁搅拌形式下的液面变形。与旋转电磁搅拌对比得出最佳的搅拌方式,在此基础上研究了电流强度和拉速对液面变形的影响。通过流动和凝固的耦合计算,对比分析了三种螺旋电磁搅拌和旋转电磁搅拌形式下铸坯的凝固过程,同时研究了电流强度对凝固过程的影响。与旋转电磁搅拌对比,螺旋电磁搅拌器中心横截面内部的电磁力减弱,纵向上的最大电磁力分布在搅拌器高度中心偏上、偏下或一上一下,这与三种螺旋搅拌方式产生的纵向电磁力有关。螺旋电磁搅拌能同时产生竖直方向的力和水平方向的力,两者的合力与竖直方向有一定夹角并指向液心,该力能驱动钢液做螺旋运动,从而使搅拌更加充分。增加电流强度,两力的合力增大,与竖直方向的夹角变大。采用电磁搅拌后,钢液液面在离心力的作用下向下凹陷,液面速度和湍动能增加,液面形状形成一个漩涡。相比旋转电磁搅拌,三种螺旋电磁搅拌都能抑制液面变形,但作用机理不同。同上和同下螺旋电磁搅拌抑制液面变形效果较好,同上螺旋略好于同下螺旋电磁搅拌。增加同上螺旋电磁搅拌行波磁场线圈电流强度,在纵向上倾斜向上并指向液心的电磁力增大,与竖直方向的夹角增大。该力一部分驱动钢液向上流动,一部分使钢液提前返转形成下返流,减小了上返流强度,从而抑制液面变形。逐渐增加电流强度,驱动钢液向上流动的力逐渐趋于主导地位。抑制液面变形有一个合适的电流强度,在750～1250A之间,电流强度为1250A时,液面变形又加剧。采用电磁搅拌后能显著加快钢液的凝固速度,此时凝固坯壳变厚。旋转电磁搅拌下钢液高速运动,高温钢液冲刷凝固前沿使结晶器内凝固坯壳厚度出现波动。对比旋转电磁搅拌,螺旋电磁搅拌既能保证坯壳厚度又能均匀凝固坯壳厚度。均匀凝固坯壳厚度的效果最好的是同下螺旋电磁搅拌,其次是同上螺旋电磁搅拌。从抑制液面变形效果看,同下和同上螺旋电磁搅拌相差不多。综合考虑液面变形和凝固坯壳均匀性,具体问题具体分析,液面变形大时用同上螺旋电磁搅拌,变形小时用同下螺旋电磁搅拌。增加电流强度,凝固坯壳变厚;增大拉速,液面变形加剧,采用螺旋电磁搅拌有进一步提高拉速的可能性。

关键词：连铸液面行为螺旋电磁搅拌流动和凝固数值模拟

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7075铝合金螺旋电磁搅拌流变压铸工艺研究

7075铝合金螺旋电磁搅拌流变压铸工艺研究

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作者：房元明北京有色金属研究总院

学位级别：硕士

7075超高强变形铝合金强度和性能接近钢铁,被认为是实现以铝代钢的重要材料之一。增加铝合金的应用有利于汽车轻量化的发展,因此开展高强铝合金制备汽车零部件的工艺研究有重要意义。但是7075铝合金作为变形铝合金,凝固过程中极易产生... 详细信息

7075超高强变形铝合金强度和性能接近钢铁,被认为是实现以铝代钢的重要材料之一。增加铝合金的应用有利于汽车轻量化的发展,因此开展高强铝合金制备汽车零部件的工艺研究有重要意义。但是7075铝合金作为变形铝合金,凝固过程中极易产生组织与成分不均匀等问题,采用普通铸造方法很难直接铸造成型完好的铸件,特别是压铸成型,因熔炼和压铸工艺参数选择不当很容易造成缩孔缩松、气孔、夹杂等冶金缺陷。以上问题都限制了7075铝合金在汽车零部件上的工程化应用,为此本文开展了7075铝合金螺旋电磁搅拌流变压铸工艺的研究。开展7075铝合金熔体旋转喷吹除气净化处理工艺研究。考察了工艺参数中的转子转速、除气时间、静置时间、除气温度4种因素对除气效果的影响。结果表明:旋转喷吹法能高效地去除铝合金中的氢;增加转子转速能提高除气效果;熔体含氢量随除气时间的增加而减少,但是时间增加到一定值,含氢量变化不明显;除气后熔体含氢量随着静置时间增加而增加,但是含氢量增加较少并维持低含量;含氢量随熔体温度升高而显著增加。优化后的工艺为:转子转速300r/min,除气时间14min,静置时间7min,除气温度750℃。研究了螺旋电磁搅拌技术对7075铝合金凝固的影响,并与普通电磁搅拌和普通铸造方法比较,结果表明:施加螺旋电磁搅拌的铸件微观组织细小均匀,晶粒尺寸为76μm,主要由等轴晶组成,成分偏析小。施加普通电磁搅拌和未施加电磁搅拌的铸件微观组织粗大不均匀,晶粒尺寸为97μm和118μm,树枝状晶多,未施加电磁搅拌的铸件成分偏析更严重。采用了Magmasoft软件对7075铝合金汽车连杆铸件的充型和凝固过程进行模拟优化,结果表明:模拟仿真技术能够很好地反映7075合金充型和凝固过程并且预测缺陷的形成;在不同压铸参数条件下分析比较铸件,选择了浇注温度640℃、压射速度3m/s、模具温度150℃时可以获得成型完好的铸件。将7075铝合金螺旋电磁搅拌制浆与压铸成型的工艺对接,用模拟优化的参数开展了7075铝合金连杆件流变压铸实验研究,并与普通压铸工艺试验进行了对比。研究结果表明:流变压铸件显微组织细小均匀,平均晶粒尺寸为34μm;普通压铸件显微组织粗大不均匀,平均晶粒尺寸为59μm;与普通压铸件相比,流变压铸件合金元素(Zn、Mg、Cu)的成分偏析小,布氏硬度提高19HB。7075铝合金流变压铸件的抗拉强度为507MPa;屈服强度为464MPa;延伸率为4.5%。7075铝合金普通压铸件抗拉强度为444MPa,屈服强度为420MPa,延伸率为2.5%

关键词： 7075铝合金旋转喷吹除气螺旋电磁搅拌数值模拟流变压铸

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