电磁铸造概论

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1、电磁铸造概论摘要电磁铸造(简称EMC)是利用电磁感应原理实现的无模型连续铸造技术。该技术由于其高纯熔化与无污染成型的铸造特点,为在实际生产中获得表面光洁、力学性能优异的部件提供了可行的技术途径。本文对电磁铸造的特点、基本原理、温度场分析、发展及其应用等方面进行综合概述。关键词电磁铸造;电磁场;温度场;应用IntroductiontoElectromagneticCastingAbstractElectromagneticcasting(EMC)istheuseofelectromagneticinductionprinciple,nomodelof

2、continuouscastingtechnology.Thetechnologybecauseofitshighpuritymeltingandcastingcharacteristicsofnon-pollutionmolding,asintheactualproductionwithexcellentmechanicalproperties,brightandcleanpartsprovidesafeasibletechnicalway.Inthispaper,thecharacteristics,basicprincipleofelectr

3、omagneticcasting,temperaturefieldanalysis,developmentandapplicationofcomprehensiveoverview.KeywordsElectromagneticcasting;Theelectromagneticfield;Temperaturefield;Application1.电磁铸造的概念及特点1.1电磁铸造的概念电磁铸造是借助于电磁力克服金属液的静压实现无接触铸造的方法,简称EMC。1.2电磁铸造的特点与传统铸造方法(DC)相比电磁铸造具有以下优点:1)铸件表面光滑,粗糙

4、度Ra为0.8-1.6,没有模铸生产所固有的缺陷,不需要进行去皮加工,金属收得率高(模铸中切除量达15%-20%);2)铸件内部组织均匀,晶粒细小;3)冷却水利用率高,无须使用润滑油,改善工作条件;4)铸速可增加20%-30%,提高生产率[1]。2.电磁铸造的基本原理2.1电磁铸造的基本原理电磁铸造采用感应线圈代替传统结晶器,靠电磁压力和金属熔体表面张力使金属熔体在自由表面状态下凝固,其基本原理如图1所示:当感应线圈中通交变电流J0时,感应线圈周围产生交变磁场H,由电磁场理论可知,处于交变磁场中的金属液将产生与感应线圈中电流方向相反的交变感应电流J

5、,感应电流与交变磁场相互作用在产生向内的电磁力F=JxB压迫下液体金属成形。为使液柱侧面保持垂直,磁压力在液柱高度方向的分布必须与液柱静压力的分布一致,如图b所示,即满足Pm+Ps=ρgh,式中,Pm为磁压力,Ps为表面张力压力,ρ为熔体密度,g为重力加速度,h为液柱高度。为达此目的,在液柱上方设置一屏蔽罩,它同时起抑制熔体流动以稳定液柱的作用。冷却水在感应器下部喷向铸锭使液体金属凝固,铸机拖动底模向下运动,形成连铸过程[2]。图1电磁铸造原理图由上可知,电磁铸造技术彻底摆脱了传统的铸造概念,液体金属不与铸模接触,完全在电磁成形系统产生的电磁力下成

6、形,并且在保持自由表面的状态下凝固,其表面接近镜面,又由于它受到较强磁场的电磁搅拌作用,金属内部组织得到改善,因此可获得优异的铸锭性能,实现了真正的无模铸造。2.2电磁铸造中的温度场分析为确定电磁铸造过程的各项工艺参数,保证铸锭的质量,温度场的分析是十分必要的。电磁铸造过程中的温度场与普通连铸法相比有其特殊性,主要为:1)液态金属由电磁力加以约束,无模壁与之接触,因此不存在由模壁向外传热的过程;2)液相区存在着强烈的电磁搅拌作用,使得液相区内温差减少。液相区内温度变化很小,几乎看不出有过热度,液穴形状明显比DC法平坦。这主要是由于强烈的电磁搅拌作用

7、使液相区内温度趋于一致,凝固界面拉平。此外,由于电磁感应的边部加热作用,促进边部的固液界面下移。还有冷却水直接喷在铸锭上,形成强烈的轴向冷却,造成近似定向凝固的传热方式,使液穴变平;3)受强电磁场作用,液柱以及铸锭的表面层受到强烈的感应加热作用,在外部冷却条件较差的情况下,这一加热作用甚至可使铸锭升温;4)冷却水直接喷在铸锭表面上,具有很高的冷却强度;5)存在对EMC过程影响很大的非稳态过渡区,即温度场是运动的。可以看出由于感应加热、电磁搅拌、强烈水冷、有一定铸速等特点的存在且它们之间又相互影响,从而使得EMC的传热过程非常复杂[3]。2.3电磁铸

8、造材料的宏观组织形成机理电磁铸造材料的宏观组织一般为均匀、细小的等轴晶组织[4]。2.3.1等轴晶组织的形成机理一般从热力

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