大比重高熔点合金的电磁成形研究

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1、摘要电磁约束成形技术是最近发展的一项先进加工技术，它利用电磁感应热加热熔化金属坯料，同时依靠电磁力约束金属熔体成特定的形状，实现金属熔体的无模成形。电磁约束成形的整个加工过程均可在真空炉内进行，金属熔体在电磁力约束下不与任何物体接触，不会受到外界的污染，冷却方式采用成形样件与冷却金属直接接触的强冷却方式。所以利用金属熔体的电磁约束成形技术，可以获得表面质量良好、成分均匀、没有污染、内部组织细密等优良性能的样件。特别对于熔点高、难熔化、活泼性较强的合金具有更大的应用前景。但金属的电磁约束成形在一个多物理场的综合作用下进行，成形稳定性很难控制。本文利用课题组自行设计的设备，以不锈钢和镍基高温合金

2、为实验材料对大比重、高熔点合金圆形样件的变截面送料电磁约束成形技术进行系统的研究：对大宽厚比(>=3．5)板状样件的电磁约束成形工艺进行初步探讨。磁场分布特性分析表明：金属坯料的加热密度以及电磁压力与磁场频率、金属坯料的物性以及材料的尺寸和结构形状有关；感应器内轴向磁场分布与感应器的内壁倾角、形状参数H／D、电流大小以及屏蔽罩的位置有关。依据上述结论，结合课题组过去实践的经验，根据加工材料的物性、形状和尺寸设计了成形感应器和预热感应器。对感应器内温度场分布的影响因素研究表明，感应器的结构、感应器的电流、屏蔽罩的位置、成形样件的抽拉速率以及双频电磁约束成形时预热感应器的加热功率均对温度场的分布

3、有影响。感应器的结构、屏蔽罩的位置、成形样件的抽拉速率和预热感应器的加热能力不仅影响温度场的大小还影响温度场峰值的位置，而感应器的电流仅影响温度场的大小。对高熔点、大比重合金电磁约束成形过程分析表明，在电源频率选择、感应器设计、屏蔽罩位置均合适的情况下，高熔点、大比重合金电磁约束成形时，熔点温度以上，电流变化对静压力的影响远大于对电磁压力的影响，而电流是通过熔体的温度来影响静压力的，因此熔体温度的控制成为成形稳定性的关键，影响温度场稳定的因素也将影响熔体成形稳定性。在变截面送料电磁约束成形中因速率不同而导致熔体的动量和动能变化，以及熔体内部存在熔体的重新分配，这些都将产生熔体的扰动，使熔体稳

4、定性变差。研究发现变截面送料电磁约束成形中，随着成形样件与棒料的截面比、样件抽拉速率的增大，熔体的扰动增大，成形稳定性会变差。综合成形的热稳定性和扰动的影响因素得出变截面送料电磁约束成形时截面比和速率不能太大。大宽厚比板状样件电磁约束成形时，感应器内顶角处磁场的交叉集结和熔体棱角表面张力引起压力的增大，以及因长边距离较长，金属坯料常常不能完全熔化或者熔体温度不均匀，容易导致成形失败。因此，大宽厚比板状样件电磁约束成形的感应器在设计时长宽比应适当，金属坯料的放置应与感应器同心，以确保大宽厚比板状样件电磁约束成形时金属坯料完全熔化、熔体温度均匀和熔体所受力场平衡。实验是在课题组自行设计的设备上进

5、行的，利用变截面送料电磁约束成形技术成功抽拉出了多个不同截面比和多个不同抽拉速率的圆形不锈钢样件；用等截面送料电磁约束成形技术抽拉出了数个大宽厚比(>=3．5：1)的板状不锈钢样件。关键词：电磁约束成形特种合金电磁场感应器凝固无模成形双频AbstractElectromagneticconfinement＆shapingformoltenmetalsisanadvancedprocessdevelopedrecently．Inwhichthemetalismeltedtosomesuperheatingdegreewithoutcruciblebyinductionheatandliquid

6、metalisconfinedandshapedtodesiredformbytheelectromagneticforceatthesametime．Thepartsobtainedbyitareinperfectsurface，refiningmicrostructureandnoorlesscontaminationandarewithbettermechanicalproperties．Thepaperwilldoresearchonelectromagneticconfinement&shapingforcircularunequalcrosssectionsampleandrec

7、tangularcrosssectionsamplewithlargeratio(>3．5)oflongsidetoshortside．Andthemetalisstudiedthathaslargespecificgravityandhighmeltingpointsuchasstainlesssteelandsuperalloy．Thestudyofelectromagneticcharacteristi