超高強(qiáng)鋁合金dc鑄造組織電磁調(diào)控工藝與理論研究

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1、東北大學(xué)博士學(xué)位論文摘要超高強(qiáng)鋁合金DC鑄造組織電磁調(diào)控工藝與理論研究摘要本課題是嗣家“863”高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“超高強(qiáng)度高韌性鋁合金的研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化”的部分內(nèi)容，主要研究超高強(qiáng)鋁合金鑄卷組織電磁場調(diào)控工藝及理論，制備不同規(guī)格高質(zhì)最的超商強(qiáng)鋁合金鑄錠。采用低頻電磁鑄造(LFEC)和低頻電磁振蕩鑄造(LFEVC)技術(shù)制備了新型超高強(qiáng)SHS7xxx錨合金q)200mm鑄錠。采用低頻電磁鑄造(LFEC)技術(shù)制備了7050鋁合金m162mm、0310mm和q)500mm鑄錠。獲得了組織顯著細(xì)化、合金7亡素分布均勻，裂紋抑制，表面光潔

2、的高質(zhì)量錠坯，為我國高強(qiáng)鋁合金的發(fā)展，提供了高效經(jīng)濟(jì)的新技術(shù)。第一次系統(tǒng)研究了電磁鑄造中的磁致過冷現(xiàn)象。通過大量的實(shí)際測量和理論分析揭示了在低頻電磁鑄造過程中電磁場與會屬熔體的交互作用，在熔體中產(chǎn)生電磁力驅(qū)動的強(qiáng)制對流，強(qiáng)制對流的方向與常規(guī)DC鑄造的流動方向相反，是從中心向上，然后沿彎月面到結(jié)晶器壁向下。該強(qiáng)制對流強(qiáng)化了熔體中的傳熱傳質(zhì)，從而改變了結(jié)晶器內(nèi)熔體溫度場，使結(jié)晶器內(nèi)熔體的溫度迅速卜．降到低于液相線溫度，且在大部分兩相區(qū)內(nèi)溫度均勻。磁致過冷導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)熔體深過冷，液穴變淺，這是鑄錠組織顯著細(xì)化，合金元素分布均勻，表面質(zhì)

3、最改進(jìn)的基本原因。低頻電磁鑄造顯著細(xì)化和球化晶粒組織的機(jī)理為：低頻電磁場引起的磁致過冷，在熔體內(nèi)部同時(shí)形成大量異質(zhì)核心，減少了晶核的重熔；同時(shí)，強(qiáng)制對流增加了結(jié)晶器壁和液面處形核及游離，因此，低頻電磁鑄造過程總的有效形核量增加。強(qiáng)制對流使得熔體溫度場、成分場均勻，抑制成分過冷，有利于晶粒均勻長大。晶粒長大過程中隨熔體運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)，相互碰撞和摩擦，抑制了某個(gè)方向過度長大。最終，形成均勻、細(xì)小的等軸晶組織。理論分析和實(shí)驗(yàn)研究表明，低頻電磁鑄造超高強(qiáng)鋁會金過程中，電磁場頻率和強(qiáng)度對鑄錠組織具有重要影響。頻率過低，在熔體內(nèi)部引起的強(qiáng)制對流

4、作用較??；頻率過高，磁感應(yīng)強(qiáng)度在結(jié)晶器中心衰減嚴(yán)重，電磁場滲透淺，主要作用在表層，使鑄錠表層與中心組織差異變大，特別當(dāng)結(jié)晶器內(nèi)套為電阻率較小的材料時(shí)尤為突出。因此存在一個(gè)最佳頻率范圍，既能保證較強(qiáng)的對流，又能使磁場具有較好的滲透性，不同規(guī)格鑄錠具有不同的頻率范圍。電磁場強(qiáng)度對微觀組織的影響起劍重要作用，隨著電磁場強(qiáng)度的增加，晶粒變細(xì)，同時(shí)向球形的等軸晶組織轉(zhuǎn)變。但是，電磁場太強(qiáng)時(shí)會引起液面不穩(wěn)定，產(chǎn)生“裹氣”現(xiàn)象。因此電磁場強(qiáng)度也存在一個(gè)合適的范圍，通常足不引起鑄造缺陷的情況下。強(qiáng)度越高越好。在奉實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)低頻電磁鑄造q)200

5、mm新型超島強(qiáng)鋁合金SHS7xxx鑄錠最優(yōu)電磁場參數(shù)為：頻率20．25Hz，磁場強(qiáng)度9600—12800At；低頻電磁振．n一東北大學(xué)博士學(xué)位論文蕩制備0200mm新型超高強(qiáng)鋁合金SHS7xxx鑄錠最優(yōu)電磁場參數(shù)為：交流磁場頻率25Hz，交流磁場強(qiáng)度16000At，直流磁場強(qiáng)度10000At；低頻電磁鑄造m162ram7050超高強(qiáng)鋁合金鑄錠最優(yōu)電磁場參數(shù)為：頻率25Hz，磁場強(qiáng)度16000At：低頻電磁鑄造西310mm7050超高強(qiáng)鋁合金鑄錠最優(yōu)電磁場參數(shù)為：頻率15—20Hz，磁場強(qiáng)度16000．18000At。本文第一次對

6、低頻電磁鑄造SHS7xxx新犁超高強(qiáng)鋁合金和7050合金的結(jié)晶相進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。SHS7xxx新犁超商強(qiáng)鋁合金主要結(jié)晶相為伍(A1)、T犁相、0(CuAl2)相、Al-cu．Fe相，晶界上存在0【(AI)．T型相低熔點(diǎn)共晶組織，以及少量的a(AI)-0(CuAl2)共晶組織。7050超高強(qiáng)鋁合金主要結(jié)晶相為旺(AI)、T型相、AITCu2Fe相，晶界上存在俚(AI)．T型相低熔點(diǎn)共晶組織。鑄造過程中施加低頻電磁場并沒有改變結(jié)晶相的種類，但由于合金元素晶內(nèi)強(qiáng)制固溶，減少了結(jié)晶相含量，使結(jié)晶相細(xì)小、均勻、彌散分布。電磁場對結(jié)晶相的

7、影響能夠遺傳到鑄錠均勻化、擠壓和固溶處理后。低頻電磁鑄造SHS7xxx新型超高強(qiáng)鋁合會鑄錠擠壓帶板熱處理后最終力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度：720．22MPa，延伸率：13．02％，強(qiáng)度比常規(guī)DC鑄造7075合金最終制品高130MPa左右，塑性與其相當(dāng)。低頻電磁鑄造7050超高強(qiáng)鋁合金擠壓棒熱處理后強(qiáng)度(677．5MPa)與常規(guī)DC鑄錠擠壓棒強(qiáng)度(676．5MPa)基本相當(dāng)，但前者的塑性(延伸率13．20％)高于后者(延伸率11．20％)?？梢姡皖l電磁鑄造對最終制品的強(qiáng)度影響不大，但能夠提高其塑性。關(guān)鍵詞：超高強(qiáng)鋁合金；7050鋁合金；

8、低頻電磁鑄造；過冷；宏觀組織；微觀組織；結(jié)晶相；力學(xué)性能東北大學(xué)博士學(xué)位論文Studyonthetechnologyandtheoryofstructurecontrolofsuperhighstrengthaluminumalloysduringdirectc