圆锭电磁铸造电磁力数值计算及金属电磁成型性研究

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1、大连理工大学博士学位论文摘要电磁铸造技术是建立在电磁流体力学基础上，并与冶金工程相结合的先进材料加工方法。由于生产的铸锭具有表面光亮、缺陷少、组织致密、机械性能好等优点，电磁铸造技术已成为铝合金生产的主要方法。随着铝合金电磁铸造技术的日益完善，以及电磁铸造生产的铸锭的优越性，钢、铜及镁合金都已成为电磁铸造实验与研究的对象。电磁铸造的关键技术在于金属熔体在电磁场作用下的无接触立柱成型。由于不同金属具有不同的物性参数，因而电磁成型可行性及难易程度各不相同。本文以获得不同金属电磁铸造成型实验参数为着眼点，采用数值计算、数学分析以及实验研究相结合的方法对不同金属的电磁铸造成型可行性及难易程

2、度进行了研究。论文主要包括以下内容：从电磁铸造基本原理出发，建立了圆锭电磁铸造电磁力数值计算模型，该计算模型在计算电磁力时考虑了磁场分布梯度对电磁力大小及分布的影响。采用互感耦合模型对不同金属熔体内磁场分布以及感应器倾角、感应器电流及频率对磁场分布的影响进行了数值计算研究；并在电磁场计算结果基础上，采用电磁力计算模型计算研究了不同条件下金属熔体内电磁力分布规律。通过研究不同条件下熔体内电磁压力与液柱静压力的平衡关系，对铝、铜、钢及镬铝合金电磁铸造成型的实验条件进行研究，计算得到了铝、铜、钢及镁铝合金实现电磁铸造成型所需的磁感应强度。以金属电磁铸造成型基本条件为依据，提出了判定不同金

3、属电磁铸造成型可行性与难易程度的无量纲判据。利用该判据对不同条件下金属的电磁成型可行性进行分析，得到了不同金属电磁成型所需磁感应强度，所得结果与电磁力数值计算方法所得结果基本吻合。实验研究了铝、锡铅合金的电磁约束成型可行性，实验结果与计算结果基本吻合，从而验证了电磁成型无量纲判据的实用性。电磁成型无量纲判据及电磁力数值计算结果指出，不同金属电磁铸造成型时所需磁感应强度不同：以50ram高的液柱为标准，铝电磁成型所需磁感应强度为0．045～0．05T；而钢的约为0．08～O．085T，铜的约为0．094～0．0991"；而镁铝合金则较小，约为0．038～0．043T：研究表明，金属电

4、磁铸造所需感应器电流及磁感应强度大小取决于金属的密度，而金属的电导率的大小则决定了电源频率的选择。电磁铸造成型无量纲判据的建立及电磁力计算程序的编制，为不同金属电磁铸造感应器的设计及铸造工艺参数的选择提供了依据。关键词：电磁铸造，电磁力，电磁成型可行性，数值计算，互感耦合模型，电磁成型无量纲判据，磁感应强度AbstractElectromagneticcasting(EMC)isanoriginalmaterialprocessingtechnologyandacomprehensivesubjectbasedonmagneto—hydrodynamics(MI-m)andcomb

5、inedwithmetallurgicalengineering．OwingtotheoutstandingmeritsofEMCinitshighsmoothsurfacegoodmechanicalpropertiesandhighproductionefficiency,whichhasbecomeanimportantmethodtoproducehighqualityaluminumalloys．WiththeincreasinglydevelopmentofEMCinaluminumalloysandthemeritsofEMC，moreandmoreresearcha

6、ndexperimentshavebeencarriedoutintheEMCforcopper,steelandmagnesiumalloy．ThekeytechniquetoEMCistheshapingofliquidcolumnofmetalunderthepressureofmagneticfield．Duetothedistinctelectromagneticandphysicalparameters，thefeasibilityoftheelectromagneticshapingundermagneticfieldisdistincttodifferentmeta

7、ls．Forthepurposeofanalyzingthefeasibilityofelectromagneticshapingofdifferentmetals，thedissertationhasstudiedthefeasibilityofelectromagneticshapingofAluminum，steel，copperandmagnesiumalloybymeansofnumericalsimulationcombinedwithexperiment