螺旋磁场搅拌对合金内在质量影响的模拟与实验研究

《螺旋磁场搅拌对合金内在质量影响的模拟与实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、博士学位论文螺旋磁场搅拌对合金内在质量影响的模拟与实验研究Numericalandexperimentalstudyoneffectsofspiralmagneticfieldinnerlualityofalloystiel0nCluaI学号：10905003完成日期：2013．6．17大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论划性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其

2、他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一NT作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：螺旋磁场搅拌对合金内在质量影响的模拟与实验亟窍作者签名：盘：i耋日期：兰!三年—上月兰∑日大连理工大学博士学位论文摘要在金属凝固过程中施加电磁搅拌强迫熔体流动，对改变熔体中的传热与传质过程，控制凝固组织具有重要作用。本论文以常规条件下易产生成分偏析的低熔点Pb．Sn和Sn．Sb合金为目标金属，采用多功能电磁搅拌装置，在实验室条件下探讨不同磁场形式电磁搅拌对合金凝固过程、凝固组织、成分偏析及缩孔、

3、疏松缺陷的影响，重点分析螺旋磁场的作用机理，结合温度场、电磁场数值模拟分析，优化电磁搅拌工艺参数，并将多种磁场与功率超声结合组成复合场应用于凝固过程中，研究其对凝固组织和宏观缺陷的影响及作用机理。论文得到的主要结果有：(1)旋转、行波和螺旋磁场的磁感应强度均随周向角度呈正弦分布，且随搅拌频率的增加而降低；旋转磁场在卢10Hz时达到磁感应强度最大值，螺旋磁场在户8～12Hz区间的磁场强而稳定。旋转和行波磁场中心最大磁感应强度出现在周向角度90。和2700，而螺旋磁场出现在1200和180。。频率一定，磁感应强度随励磁电流的增加而增大。(2)在搅拌器轴线方向，磁

4、感应强度呈现出“中间大、两端小”的分布特征；在搅拌器同一横断面上，边缘处磁感应强度最大而中心最小；螺旋磁场沿轴向分布较旋转磁场更为平稳，电磁搅拌覆盖范围更大；当R<60mm时，螺旋磁场沿径向衰减幅度更小，分布更为平稳；行波磁场在搅拌器内壁处磁感应强度最大，但沿径向衰减程度也最大。测试和模拟结果均表明，螺旋磁场的磁感应强度大于旋转磁场和行波磁场。(3)数值模拟与实测结果均表明，螺旋磁场的电磁力使熔体主要产生切向和轴向上的大环流，而切向和轴向受力的分布对搅拌强度和效果起决定作用，随励磁电流的增强而与足也显著增加，有利于金属熔体在横纵截面上的流动。熔体所受电磁合力

5、凡删随搅拌频率增加而增加，但幅度不大，在户2～12Hz时电磁力的曲线几乎是重合的，但是沿半径方向逐渐增大。(4)螺旋磁场产生的感应热随着电流强度的增强而增大，沿着径向均匀分布；励磁电流较低时电磁搅拌对凝固组织起主要作用，当励磁电流达到一定值时感应热对凝固过程的影响占主导，导致冷却速度降低，冷却曲线斜率减小，共晶平台位置上移，共晶凝固时间延长。(5)励磁电流一定时，螺旋磁场频率较低时将产生反偏析，随着频率的增大反偏析逐步得到改善，在细化凝固组织及改善成分偏析方面合理的搅拌频率为户10～13Hz，适宜的搅拌时间为15～20min，Pb．Sn合金晶粒尺寸由无磁场的

6、1759in减至140“m，铸锭成分偏差值为1．5m．％。螺旋磁场搅拌对合金内在质量影响的模拟与实验研究(6)频率为户10Hz时，螺旋磁场励磁电流越大，晶粒尺寸越细小，在改善成分偏析和凝固组织方面适宜的励磁电流为115～125A，平均晶粒尺寸最小为1339m，可以基本消除Pb．80％Sn过共晶合金的成分偏析。同时，螺旋磁场搅拌对合金共晶层片有明显的粗化作用，且共晶组织生长形态也发生从层片共晶向不规则共晶的转变。(7)螺旋磁场、旋转磁场和行波磁场电磁搅拌都可以有效的改善合金的凝固组织和成分偏析，综合对比不同形式的磁场搅拌对Pb．Sn和Sn．Sb合金内在质量的影

7、响，可得到如下结论，在细化凝固组织的冶金效果是：螺旋磁场>旋转磁场>行波磁场，在改善成分偏析的冶金效果方面为：螺旋磁场>行波磁场>旋转磁场。(8)复合场在细化凝固组织和改善合金内部质量方面存在一个适宜的超声功率值和搅拌强度，获得较好的冶金效果。对比旋转磁场与超声场复合、螺旋磁场与超声场复合作用下合金凝固组织变化的结果发现，螺旋磁场切向分力扩大超声空化作用的覆盖面积，强化超声破碎枝晶、细化组织的作用；轴向分力与超声声流产生的轴向搅拌叠加，促进了功率超声在整个熔体内爆发生核，螺旋磁场与超声复合改善宏观缺陷和细化凝固组织效果最好。关键词：螺旋磁场：电磁场模拟：温度

8、场模拟：成分偏析：复合场大连理工大学博士学位论文Nu