超高强铝合金dc铸造组织电磁调控工艺与理论研究

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1、东北大学博士学位论文摘要超高强铝合金DC铸造组织电磁调控工艺与理论研究摘要本课题是嗣家“863”高技术发展计划项目“超高强度高韧性铝合金的研究开发和产业化”的部分内容，主要研究超高强铝合金铸卷组织电磁场调控工艺及理论，制备不同规格高质最的超商强铝合金铸锭。采用低频电磁铸造(LFEC)和低频电磁振荡铸造(LFEVC)技术制备了新型超高强SHS7xxx锚合金q)200mm铸锭。采用低频电磁铸造(LFEC)技术制备了7050铝合金m162mm、0310mm和q)500mm铸锭。获得了组织显著细化、合金7亡素分布均匀，裂纹抑制，表面光洁

2、的高质量锭坯，为我国高强铝合金的发展，提供了高效经济的新技术。第一次系统研究了电磁铸造中的磁致过冷现象。通过大量的实际测量和理论分析揭示了在低频电磁铸造过程中电磁场与会属熔体的交互作用，在熔体中产生电磁力驱动的强制对流，强制对流的方向与常规DC铸造的流动方向相反，是从中心向上，然后沿弯月面到结晶器壁向下。该强制对流强化了熔体中的传热传质，从而改变了结晶器内熔体温度场，使结晶器内熔体的温度迅速卜．降到低于液相线温度，且在大部分两相区内温度均匀。磁致过冷导致结晶器内熔体深过冷，液穴变浅，这是铸锭组织显著细化，合金元素分布均匀，表面质

3、最改进的基本原因。低频电磁铸造显著细化和球化晶粒组织的机理为：低频电磁场引起的磁致过冷，在熔体内部同时形成大量异质核心，减少了晶核的重熔；同时，强制对流增加了结晶器壁和液面处形核及游离，因此，低频电磁铸造过程总的有效形核量增加。强制对流使得熔体温度场、成分场均匀，抑制成分过冷，有利于晶粒均匀长大。晶粒长大过程中随熔体运动和旋转，相互碰撞和摩擦，抑制了某个方向过度长大。最终，形成均匀、细小的等轴晶组织。理论分析和实验研究表明，低频电磁铸造超高强铝会金过程中，电磁场频率和强度对铸锭组织具有重要影响。频率过低，在熔体内部引起的强制对流

4、作用较小；频率过高，磁感应强度在结晶器中心衰减严重，电磁场渗透浅，主要作用在表层，使铸锭表层与中心组织差异变大，特别当结晶器内套为电阻率较小的材料时尤为突出。因此存在一个最佳频率范围，既能保证较强的对流，又能使磁场具有较好的渗透性，不同规格铸锭具有不同的频率范围。电磁场强度对微观组织的影响起剑重要作用，随着电磁场强度的增加，晶粒变细，同时向球形的等轴晶组织转变。但是，电磁场太强时会引起液面不稳定，产生“裹气”现象。因此电磁场强度也存在一个合适的范围，通常足不引起铸造缺陷的情况下。强度越高越好。在奉实验范围内低频电磁铸造q)200

5、mm新型超岛强铝合金SHS7xxx铸锭最优电磁场参数为：频率20．25Hz，磁场强度9600—12800At；低频电磁振．n一东北大学博士学位论文荡制备0200mm新型超高强铝合金SHS7xxx铸锭最优电磁场参数为：交流磁场频率25Hz，交流磁场强度16000At，直流磁场强度10000At；低频电磁铸造m162ram7050超高强铝合金铸锭最优电磁场参数为：频率25Hz，磁场强度16000At：低频电磁铸造西310mm7050超高强铝合金铸锭最优电磁场参数为：频率15—20Hz，磁场强度16000．18000At。本文第一次对

6、低频电磁铸造SHS7xxx新犁超高强铝合金和7050合金的结晶相进行了系统的研究。SHS7xxx新犁超商强铝合金主要结晶相为伍(A1)、T犁相、0(CuAl2)相、Al-cu．Fe相，晶界上存在0【(AI)．T型相低熔点共晶组织，以及少量的a(AI)-0(CuAl2)共晶组织。7050超高强铝合金主要结晶相为旺(AI)、T型相、AITCu2Fe相，晶界上存在俚(AI)．T型相低熔点共晶组织。铸造过程中施加低频电磁场并没有改变结晶相的种类，但由于合金元素晶内强制固溶，减少了结晶相含量，使结晶相细小、均匀、弥散分布。电磁场对结晶相的

7、影响能够遗传到铸锭均匀化、挤压和固溶处理后。低频电磁铸造SHS7xxx新型超高强铝合会铸锭挤压带板热处理后最终力学性能为抗拉强度：720．22MPa，延伸率：13．02％，强度比常规DC铸造7075合金最终制品高130MPa左右，塑性与其相当。低频电磁铸造7050超高强铝合金挤压棒热处理后强度(677．5MPa)与常规DC铸锭挤压棒强度(676．5MPa)基本相当，但前者的塑性(延伸率13．20％)高于后者(延伸率11．20％)。可见，低频电磁铸造对最终制品的强度影响不大，但能够提高其塑性。关键词：超高强铝合金；7050铝合金；

8、低频电磁铸造；过冷；宏观组织；微观组织；结晶相；力学性能东北大学博士学位论文Studyonthetechnologyandtheoryofstructurecontrolofsuperhighstrengthaluminumalloysduringdirectc