行波磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)于鋁銅合金鑄錠組織的影響

楊勛剛 張川豫

摘 要：文章以鋁銅合金作為實(shí)驗(yàn)材料，開(kāi)展了電磁模鑄的應(yīng)用研究，研究了不同行波磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)于鑄錠質(zhì)量的影響規(guī)律。結(jié)果表明：磁場(chǎng)的電流強(qiáng)度越高，對(duì)于鑄錠組織的改善效果越顯著。

關(guān)鍵詞：鋁銅合金；行波磁場(chǎng)；磁場(chǎng)強(qiáng)度

中圖分類(lèi)號(hào)：TG146.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）20-0096-02

Abstract： In this paper， using aluminum-copper alloy as experimental material， the application of electromagnetic die casting was studied， and the effect of different traveling wave magnetic field intensity on the quality of ingot was studied. The results show that the higher the current intensity of the magnetic field is， the more significant the improvement effect on the microstructure of the ingot is.

Keywords： aluminum-copper alloy； traveling wave magnetic field； magnetic field strength

1 概述

近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)在凝固的過(guò)程中綜合利用電磁場(chǎng)，能夠有效的控制凝固過(guò)程，達(dá)到改善晶粒組織，提高性能的目的。N. Ramachandra[1]研究了金屬熔體中流場(chǎng)行波磁場(chǎng)作用下的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)行波磁場(chǎng)可以在熔體中產(chǎn)生軸向的宏觀對(duì)流，這種流場(chǎng)能夠改變?nèi)垠w中濃度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布，并對(duì)凝固過(guò)程中晶粒生長(zhǎng)界面的形狀有直接的影響。V. Metan[2]研究了行波磁場(chǎng)對(duì)Al-Si合金凝固過(guò)程中晶粒尺寸的細(xì)化效果，磁場(chǎng)的強(qiáng)度越大所獲得的細(xì)小等軸晶區(qū)域的面積越大，且晶粒的平均尺寸也越小。 等[3]在Al-Ni合金定向凝固的過(guò)程中施加行波磁場(chǎng)，研究發(fā)現(xiàn)行波磁場(chǎng)會(huì)在合金熔體中產(chǎn)生強(qiáng)制的環(huán)流，環(huán)流的方向?qū)τ诰Я５纳L(zhǎng)和合金元素的偏析均有顯著的影響，通過(guò)控制磁場(chǎng)的大小和方向能夠控制晶粒的尺寸形態(tài)。蘇彥慶等[4]研究了行波磁場(chǎng)下熔體中電磁力的變化規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)，在行波磁場(chǎng)作用下熔體中電磁力的增長(zhǎng)與熔體中合金溶液的長(zhǎng)度的增長(zhǎng)成線性關(guān)系。為了在模鑄條件下獲得良好的鑄錠質(zhì)量，本實(shí)驗(yàn)采用近似定向凝固的冷卻方式，主要考察了不同的行波磁場(chǎng)電流強(qiáng)度對(duì)于合金鑄錠的影響。

2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用的是行波磁場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)中，行波磁場(chǎng)的頻率保持不變，為20Hz，合金溶液的初始溫度為700℃，冷卻水位高度為10mm、水流量為20L/min。實(shí)驗(yàn)中分別考察了磁場(chǎng)電流為60A、100A和160A時(shí)，行波磁場(chǎng)對(duì)于細(xì)化鑄錠宏觀和微觀組織的影響。

3 結(jié)果與討論

不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下鋁銅合金鑄錠宏觀組織如圖1所示。其中圖1（a）（b）（c）則分別為施加磁場(chǎng)電流為60A、100A和160A的行波磁場(chǎng)處理后的鑄錠宏觀組織圖。

由圖1可知，當(dāng)施加的行波磁場(chǎng)電流強(qiáng)度為60A時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)鑄錠中部區(qū)域的組織基本一致，為近似等軸狀的組織，底部和邊部的枝晶生長(zhǎng)有一定的方向性，這和不加磁場(chǎng)時(shí)的晶粒生長(zhǎng)方式有一定的類(lèi)似。鑄錠的上部為粗大發(fā)達(dá)的枝晶組織，且鑄錠的上部同樣出現(xiàn)了嚴(yán)重的集中縮孔現(xiàn)象，說(shuō)明電流強(qiáng)度為60A的行波磁場(chǎng)對(duì)于鑄錠凝固過(guò)程的控制和改善效果有限。當(dāng)施加的行波磁場(chǎng)的電流強(qiáng)度為100A時(shí)，鑄錠的宏觀組織與未加磁場(chǎng)時(shí)的宏觀組織有顯著的區(qū)別，除卻邊部和底部能夠觀察到少量的枝晶組織外，晶粒組織主要為不規(guī)則粗大的等軸晶組織，晶粒的生長(zhǎng)沒(méi)有明顯的方向性，這說(shuō)明100A的行波磁場(chǎng)能夠有效的控制鑄錠的凝固過(guò)程，促使柱狀晶向等軸晶的轉(zhuǎn)變，但是對(duì)于晶粒尺寸的細(xì)化效果有限。當(dāng)施加的行波磁場(chǎng)的電流強(qiáng)度為160A時(shí)，整個(gè)鑄錠截面上的組織呈現(xiàn)為細(xì)小均勻的等軸晶組織，說(shuō)明160A的行波磁場(chǎng)能夠有效的控制和改善鑄錠的凝固過(guò)程，不僅能夠有效地促使柱狀晶向等軸晶的轉(zhuǎn)變，同時(shí)還能有效的細(xì)化晶粒組織。

根據(jù)上述宏觀組織的分析結(jié)果，我們又對(duì)比了磁場(chǎng)電流強(qiáng)度為60A和160A的鑄錠微觀組織變化情況。不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下鋁銅合金鑄錠微觀組織和晶粒尺寸分布狀況如圖2所示。

當(dāng)行波磁場(chǎng)的電流為60A時(shí)，鑄錠不同區(qū)域的微觀組織并沒(méi)有太顯著的區(qū)別，鑄錠的微觀晶粒組織為不規(guī)則的棒狀和枝狀組織，晶粒普遍比較粗大，尺寸分布也不均勻，晶粒尺寸主要介于200-800μm之間，平均尺寸為515.50μm。當(dāng)行波磁場(chǎng)的電流為100A時(shí)，鑄錠不同區(qū)域的微觀組織沒(méi)有太顯著的區(qū)別，微觀晶粒組織的形貌不是很統(tǒng)一，主要由不規(guī)則的多邊形組織組成，同時(shí)也存在少量的粗大枝晶組織，晶粒尺寸主要介于200-600μm之間，平均尺寸為433.64μm。當(dāng)行波磁場(chǎng)的電流為160A時(shí)，鑄錠的微觀組織發(fā)生明顯的變化，主要為不規(guī)則球形組織和少量的細(xì)枝晶組成，不同區(qū)域的晶粒組織形貌基本一致，晶粒的尺寸比較細(xì)小，分布也比較均勻，晶粒尺寸主要介于150-400μm之間，平均晶粒尺寸為251.67μm。因此，隨著行波磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，鑄錠的微觀組織變得更加細(xì)小均勻，磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，細(xì)化效果越好。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文探討了行波磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)于鑄錠凝固組織的影響規(guī)律，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析討論，得到了以下結(jié)論：隨著行波磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，鑄錠的組織更加均勻，改善效果越顯著。

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