磁场作用下的金属凝固研究进展

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1、78·材料导报2006年5月第20卷第5期磁场作用下的金属凝固研究进展‘王建元，陈长乐(西北工业大学应用物理系，西安710072)摘要磁场作用下的金属凝固已成为金属材料基拙研究和开发制备新技术的重要领域。综述了交变/旋转磁场、直流磁场作用下金属凝固的研究历史及现状，运用电磁学及金属凝固原理，揭示了磁场对凝固组织形貌及凝固过程产生的影响及主要机制，并时以后的理论研究工作提出了建议。关键词磁场凝固对流金属熔体ProgressinResearchonMetalSolidificationinMagneticFieldWANGJia

2、nyuan,CHENChangle(DepartmentofAppliedPhysics,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi'an710072)AbstractMetalsoildificationinmagneticfieldhasbecomeimportantforimprovingthebasicresearchandde-velopinganewtechnology.玩thispaper,thedevelopmentandapplicationofmagneticfield(

3、includingd.c.field,a.c.fieldandhighintensemagneticfield)onalloyssolidificationprocessarebrieflyreviewed.Basedontheprincipleofmagneticandmetalsolidification,theeffectandmechanismhavebeeninvestigatedandtheoreticallydeducedSugges-tionshavebeenpointedouttofurtherconsid

4、eration.Keywordsmagneticfield,solidification,convection,melt电流il时，线圈内将产生交变磁场B，在这一交变磁场作用下，0引言熔体内将产生感应电流i2，磁场B与感生电流i:之间发生电磁在金属凝固过程中施加磁场是改善组织结构、提高机械性作用，产生脉动电磁力F=i2XB。其方向是沿径向将金属压向能的有效方法之一。早在20世纪初，就有人尝试利用磁场对液或拉离轴心，该力会使熔体内产生规则的波动，强化熔体内部对态金属进行搅拌以改善冶金组织。到了40年代，形成了磁流体流。对于旋转

5、磁场，其原理与交变磁场基本相同，只是磁场方向力学这门学科，它是建立在电磁场理论、流体力学和冶金学基础是连续改变的，其对熔体的力的作用更加复杂。这就是交变/旋上的边缘性交叉学科111.50年代，人们将电磁搅拌技术应用于转磁场对于金属凝固影响的本质，即通过加剧熔体内部对流来连续铸钢过程，利用强迫熔体流动的方法来控制铸件的凝固过影响和改变热量、动量及质量的传输，最终改变凝固组织形貌及程[21a80年代以后，各国学者陆续地对磁场作用下的流体行为性能。开展了一系列广泛研究，掀起了磁流体力学在材料凝固领域内研究的热潮[[3]。到目前为止

6、，凝固过程中施加的磁场主要有交份田0变/旋转磁场和直流磁场两种，另外也有其它的特殊磁场，如移份0动磁场、脉冲磁场，变幅磁场等。份0I交变/旋转磁场对凝固过程的影响份01.1交变/旋转磁场发生装置常见的交变/旋转磁场分为两类:一类是将三相交流电通人毋0呈空间环形排布的多组电磁线圈内，利用其相位差产生旋转磁场，其频率从几赫兹到数十兆赫兹。另一类是永磁体旋转法，它最早是由C.Vlves[4〕提出的，其原理是利用机械带动高性能永图1单方向交流磁场内熔体受力磁体转动来产生旋转磁场，它可以产生很强的磁场强度，使金属内部产生明显的三维流动

7、，与交流电产生的磁场相比，具有磁力1.2.1交变/旋转磁场对金属熔体内部热量传输的影响密度大、磁能利用率高等优点。交变/旋转磁场对金属熔体内部热量传输的影响主要表现1.2交变/旋转磁场对金属凝固过程的作用在以下3个方面:首先，磁场对熔体具有搅拌作用，这可以加快图1是交变磁场作用于金属熔体的模型，当线圈通以脉动散热，提高熔体冷却速率。其次，搅拌作用会促进熔体内部的对二国家自然科学墓金重点项目(批准号:50331040,60171034)王建元:硕士研究生Tel:029-88493979E-mail:jianyuan322@16

8、3.com磁场作用下的金属凝固研究进展/王建元等79流，对固液界面的传热过程产生直接的影响，对流的加剧使热量2.1直流磁场的电磁制动效应传输速度提高，因而能降低熔体内的温度梯度，提高凝固界面前金属熔体在直流磁场中凝固时，自然对流的存在使得流动沿的温度，使得熔体内部温度分布更加均匀。再者，外