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1、第10卷增刊1中国有色金属学报2000年10月Vol.10Suppl.1TheChineseJournalofNonferrousMetalsOct.2000[文章编号]1004-0609(2000)Suppl.1-0135-06①铝合金半固态加工技术应用11111张奎,刘国钧,张景新,徐骏,石力开,22222崔代金,吴绪平,雷健,郑宇新,袁序弟(1.北京有色金属研究总院复合材料中心,北京100088;2.东风汽车公司,湖北十堰442062)[摘要]对于垂直式电磁搅拌器,提高搅拌效率的最有效措施
2、是减少漏磁通。对于通常的Al-Si类合金的半固态加工坯料,在足够的搅拌强度下,熔体冷却速度控制在0.5～3.0℃/s可得到较好的组织。在二次加热时共晶体中的针簇状Si相通过扩散溶解到α相中,Si相本身变成细小颗粒,初生α相在共晶熔化后才开始球化。对于AlSi9Cu3合金,其共晶相在二次加热熔化后重新凝固时,Si相呈细小颗粒析出;对于A357合金,仍然生成针簇状组织。与常规压铸相比,半固态压铸内浇道厚度要增加2～3mm,压射比压要高5～20MPa,才能保证充型完好。[关键词]铝硅合金;半固态金属;
3、电磁搅拌;半固态压铸[中图分类号]TG292[文献标识码]A金属的半固态加工技术经过近30年的研究发工的关键。制备方法主要有熔体搅拌法、热处理展,目前关于铝合金、镁合金的半固态加工技术在法、应变诱发熔体活化法等。目前铝合金半固态加发达国家已非常成熟并进入工业生产,主要应用在工用坯料主要采用熔体搅拌方法生产。汽车、电器、兵器的零部件生产。生产实践表明,熔体搅拌法包括机械搅拌法、电磁搅拌法和紊采用半固态加工成形可以大幅度降低零件生产成本流效应法。机械搅拌法在早期试验研究中采用较和/或提高零件质量。正
4、是由于半固态金属加工具多,其最大的特点是容易实现、搅拌剪切速率可以有这些优点,进入1990年以来,该技术成为各先进在很大范围内控制;缺点是不适合于工业规模生[1,2]工业国竞相发展的领域。产。紊流效应法适合于半固态流变铸造成形,目前美国Alumax公司从1978年就开始了半固态的问题是产生紊流的内腔材料及其加工技术、控制加工坯料的生产和工业化应用研究,于1994年建技术不过关。电磁搅拌连续或半连续铸造法是各国成了主要生产汽车零部件的半固态锻造厂,1995工业应用的主要方法。年就生产出了500多万
5、个汽车零部件,合格率几乎1.1电磁搅拌垂直连续铸造机的研制达到100%。1996年该公司又建成了第二家半固态垂直式电磁搅拌器的关键在于必须形成一个围金属加工厂。目前该公司采用半固态加工技术生产绕熔体旋转的磁场,并且在此旋转磁场作用下熔体的零部件以每年增加100万件的速度发展。在欧中产生电磁转矩。熔体在电磁转矩作用下旋转而达洲,瑞士的Alusuisse公司和Buhler公司、意大利的到搅拌目的。式(1)和(2)分别表示在对称的三相绕StampalSPA公司、法国的Pechiney公司、德国的组中通
6、入对称三相交流电时产生的旋转磁场和电磁EFU公司等都将半固态金属加工技术作为最主要转矩:[3,4]的发展领域并将它推向了工业化应用。3B=Bmcos(2πf1t+α)(1)本文介绍了在国家“八六三”计划的支持下,在2金属半固态加工技术工业的应用方面取得的进U1M=4.44ksf1N1N2[-(Υq+[5～8]4.44f1N1展。2R2Υj)]·22(2)1半固态加工坯料制备技术R2+X2式中B和Bm分别为旋转磁场幅值和单相绕组产金属半固态加工坯料及其制备技术是半固态加生的磁场幅值;f1和U1分别
7、为电源频率和电压;①[基金项目]国家“八六三”计划资助项目(715-009-0120)[收稿日期]2000-06-09;[修订日期]2000-07-10[作者简介]张奎(1963-),男,高级工程师,博士.·136·中国有色金属学报2000年10月t为搅拌时间;α为转角;M为电磁转矩;k为转矩系数;s为转差率;N1和N2分别为绕组和熔体的等效匝数;Υq和Υj分别为穿过气隙和结晶器的漏磁通;R2和X2分别为熔体回路的等效电阻和感抗。分析式(2)可知,提高电磁搅拌转矩的有效措施是提高三相电源电压U1
8、和减小漏磁通(Υq+Υj)。考虑到电源电压增加势必增加定子铁损和绕组铜损,不能过分采取这种形式。因此,减少漏磁通是增加电磁搅拌转矩、提高电磁搅拌器系统效率的最有效措施。在本项研究中,通过优化选择定子绕组、结晶器和热顶材质、结构形状及尺寸,设计制造出具有较高搅拌效率的电磁搅拌系统。安装在半固态材料制备试验线上,实现了长期运行并成批制备出了质量优良的多种铝合金半固态坯料。实践证明,研制的电磁搅拌系统结构简单紧凑,安装维护方便,能长期稳定运行,搅拌效率高。图1所示为自行研制建成的电磁搅拌垂直连续铸造机
