双频组合磁场作用下的铝合金半连续铸造过程中熔体凝固行为研究

在铝合金半连续铸造过程中施加双频组合磁场作用，利用不同频率磁场在熔体中的渗透能力不同的特点，使熔体在结晶器中形成稳定弯月面，熔体内部充分搅拌，达到同时改善铸锭表面和内部凝固组织的目的。具体研究内容包括：研究磁场频率、强度与其在熔体中作用深度、作用效果之间的关系，建立组合磁场作用下熔融金属的磁流体力学模型；通过数值模拟技术研究组合磁场在铝合金熔体中的分布，组合磁场作用下熔体表层和内部流场、温度场等宏观物理场的改变；组合磁场对液固界面传热和熔体内温度梯度的影响；研究组合磁场对合金凝固过程中形核与长大、晶粒尺寸及形态、溶质分布等方面的影响；考察不同组合条件下的磁场对铸锭表面质量、组织性能等的影响并得到最佳组合条件。建立铝合金组合磁场凝固理论，开发组合磁场作用下的铝合金半连续铸造新技术。

本项目研究了双频组合磁场对铝合金半连续铸造过程中铝合金凝固过程的影响。利用不同频率磁场在熔体中的渗透能力不同的特点，使熔体在结晶器中形成稳定弯月面，熔体内部充分搅拌，达到同时改善铸锭表面和内部凝固组织的目的。研究发现：组合磁场中的高频磁场的热效应使保温帽内熔体保持着较高的温度和流动性，有利于减弱熔体一次冷却强度，减少冷隔的形成，同时它能和低频磁场的搅拌散热作用形成互补，避免熔体过早凝壳于保温帽内所导致的拉痕等缺陷；通过合理调整双频磁场的作用位置，可以同时实现铸锭内外冶金组织的改善，铸锭表层偏析层显著减薄，铸锭内部晶粒细化明显，晶粒形态由枝晶向等轴晶转变；由于铸态组织更加细小均匀，组合电磁铸锭拥有更好的力学性能。与普通铸锭相比，电磁铸锭抗拉强度提高15%，延伸率提高12%；铸锭经挤压变形后，细晶组织特点依然保持，电磁铸造挤压材的抗拉强度比普通铸造挤压材提高6%，延伸率提高10%；自主设计制作了可用于生产中试的组合磁场结晶器系统，并使用其制备出了表面无明显缺陷（表面偏析深度小于0.5mm）内部组织细小均匀的7075铝合金铸锭。