电磁搅拌法制备半固态浆料课件.ppt

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1、周子涵、曹曙光、刘志锋组员半固态浆料的制备方法—电磁搅拌法12345基本概念技术原理优点与不足发展趋势与展望半固态加工基本流程1.半固态加工基本流程图半固态坯料制备二次加热触变成形合金原料设计、配制加热、熔炼搅拌(机械或电磁等)半固态浆料流变压铸成形其他流变成形部件毛坯流变成形触变成形2.基本概念01金属半固态浆料或坯料的制备是半固态成形加工的基础，目前半固态浆料或坯料的制备方法很多，但常用的方法主要是电磁搅拌法和机械搅拌法，其中电磁搅拌法占主导地位。金属半固态的制备方法电磁搅拌法(Electromag

2、neticStirringMethod,简称EMS)是利用感应线圈产生的平行于或者垂直于铸形方向的强磁场对处于液－固相线之间的金属液形成强烈的搅拌作用，产生剧烈的流动，使金属凝固析出的枝晶充分破碎并球化，进行半固态浆料或坯料的制备。02电磁搅拌法制备半固态浆料的技术概述电磁搅拌是工业制备铝合金半固态坯料的主要工艺方法，与连铸相结合进行高效率坯料连续制备。ESM法不污染金属液，金属浆料纯净，不卷入气体，可以连续生产流变浆料或连铸锭坯，产量可以很大。影响电磁搅拌效果的因素有搅拌功率、搅拌时间、冷却速度、金属

3、液温度、浇注速度等。由于加工过程的局限性，通常认为，直径大于150mm(6英寸)的铸坯不宜采用电磁搅拌法生产。1．搅拌线圈2、4．绝缘层3．中频感应加热线圈5．隔热层6．塞棒7．坩埚半固态浆料制备机结构原理示意图3.技术原理电磁搅拌法的原理是在旋转磁场的作用下，使熔融金属液在容器内作涡流运动。电磁搅拌法之所以能够作为半固态浆料的主流制备方法就是利用了电磁力产生的金属液的强迫流动来影响和控制凝固过程。金属熔体所受的电磁力F与金属熔体的感应电流密度I和旋转磁场的磁感应强度B有如下的关系：F=I×B式中:F一

4、金属熔体所受的电磁力；I—金属熔体的感应电流密度；B—旋转磁场的磁感应强度。金属熔体的感应电流密度的大小可用下式表示：I＝λ（n×B）代入F=I×B得到F=nλB²式中：I—金属熔体的感应电流密度；n—旋转磁场相对于金属熔体的运动速度；B—旋转磁场的磁感应强度；λ—金属熔体的电导率。旋转磁场的转速n0取决于线圈的极对数p和电源频率f1。根据电机原理可知，旋转磁场的转速可以按下式计算：可见，电源频率越高，旋转磁场的转速越高，相应地金属熔体的搅拌速度也越高。极对数越小，转速也越高。此外，极对数还影响磁力线在

5、熔体内的分布。极对数越大，磁力线越向熔体表面集聚，心部的磁力线愈加稀疏。所以。为了提高搅拌均匀性，一般都选用2级线圈制作搅拌器。金属熔体的实际转速与旋转磁场的转速是有差异的。这种差异的大小用转差率描述，即式中n为金属熔体的实际转速。线圈与熔体之间的距离越大，转差率也越大。由此可见，影响金属熔体搅拌强度的主要因素有旋转磁场的磁感应强度、旋转磁场与金属熔体的相对速度、金属熔体电导率。提高搅拌效果的关键是提高熔体内的有效搅拌转矩和转速。电磁搅拌功率随着搅拌功率的提高，初生α-Al由枝晶向球状晶过渡，并逐步变得

6、理想。AlSi6Cu3Mg合金电磁搅拌组织电磁搅拌连铸速度（a）3mm/s（b）3mm/s（c）4mm/s（d）5mm/s搅拌频率200Hz，搅拌功率(a)0.5Kw(b)1.0Kw(c)2.0Kw电磁搅拌功率对半固态AZ91D镁合金显微组织的影响电源频率对半固态AZ91D镁合金组织的影响搅拌功率2kW，频率(a)20Hz(b)30Hz(c)50Hz(d)150Hz电磁搅拌有如下的突出优点：①不接触性：电磁搅拌法制备半固态浆料利用电磁感应原理实现了不与金属熔体直接接触而使金属熔体发生强烈对流，进而实现非

7、枝晶凝固。这种不接触性不仅避免了搅拌棒的损耗，而且避免了金属熔体的二次污染。②便于控制、操作灵活。通过控制影响感应磁场强度的电参数。可以方便地控制金属熔体的流动状态和半固态浆料的质量。③技术成熟：电磁搅拌是目前工业上进行凝固控制的通用手段，在熔体处理、连铸和压铸等工业领域已经大量应用并积累了丰富的经验。4.优点与不足电磁搅拌的不足之处：1、熔体温度的控制；高熔点合金温度调节灵敏度低，需使用感应加热等内热加热方式。对策：采用具有自动控制功能的感应加热系统。2、有效力矩小；高熔点合金容器壁厚大效率低，搅拌力

8、矩低等问题。对策：对搅拌线圈及其控制系统进行专门设计。3、加热与搅拌之间的干扰;由于要同时使用感应加热和电磁搅拌，且两者功率都很大。会产生干扰。对策：加热与搅拌统筹设计。5.发展趋势与展望电磁搅拌过程中流场与热场难以在实际生产过程中得到检测；趋势一电磁搅拌如何影响成分偏析、气泡分布及树枝晶生长过程是未来工艺研究所要关注的重要问题；趋势二目前，结晶器、凝固末端电磁搅拌存在使用简单化、缺乏深入系统的研究等问题；趋势三趋势四多模式电磁搅拌涉及到的