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.pdf

1、本研究的目的是設(shè)計一套三個線圈協(xié)同工作的連續(xù)式電磁攪拌的實驗裝置，并通過計算機模擬來優(yōu)化三個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)計了單個線圈進行電磁攪拌的實驗裝置。通過對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、后對單個線圈電磁攪拌過程進行建模及電磁場和流速場的耦合模擬，得到了電磁場分布和流速場分布。從流速場分布情況來看，在熔體內(nèi)部豎直方向上存在兩個高度相等的漩渦，該結(jié)果與電磁攪拌的原理及實驗結(jié)果相一致，因此模擬出的結(jié)果切合實際。通過計算求出在該溫度和工藝下熔體內(nèi)部的平均流動速度為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)計了連續(xù)式電磁攪拌的實驗裝置，解決了熔體容器材料及底部流出控制閥兩個難題。隨后對連續(xù)式電磁攪拌過程進行

3、建模及磁場和流速場耦合模擬。得到三個線圈進行電磁攪拌時的熔體內(nèi)部流速場分布，發(fā)現(xiàn)熔體內(nèi)部的流動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。另外通過模擬結(jié)果可以看出，該區(qū)域內(nèi)部存在一個較大漩渦，可認為固相幾乎都在該區(qū)域內(nèi)的漩渦中運動，其它的區(qū)域只是純液相的流動。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速度分別為6.3cm/s和4.1cm/s，均大于臨界平均流動速度。而采用第三種工藝即200A-400A-600A時，出口處的流動速度為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，最后將其進一步改進為400A－600A－400A，此時出口處的流動速度為3.9cm/s，該結(jié)果比較理想，對連續(xù)式電磁攪拌過程的實驗研究