AZ80镁合金低压脉冲磁场半连续铸造过程的数值模拟和实验研究.pdfVIP

第27 卷第3 期 中国有色金属学报 2017 年3 月 Volume 27 Number 3 The Chinese Journal of Nonferrous Metals March 2017 DOI ：10.19476/j.ysxb.1004.0609.2017.03.004 AZ80 镁合金低压脉冲磁场 半连续铸造过程的数值模拟和实验研究 冀焕明，罗天骄，杨院生 ( 中国科学院 金属研究所，沈阳 110016) 摘 要：采用有限元方法对AZ80 镁合金低压脉冲磁场半连续铸造过程的电磁场、流场和温度场进行数值模拟， 对铸锭的组织进行观察和分析，并与普通半连续铸造铸锭晶粒组织进行对比。模拟结果表明：在低压脉冲磁场半 连续铸造过程中，结晶器中的熔体受脉冲电磁力作用产生强迫对流和电磁振荡，使得熔体的径向温度梯度有所降 低。组织观察结果显示，与普通半连续铸锭相比，低压脉冲磁场半连续铸锭晶粒明显细化，枝晶尖端发生钝化。 在低压脉冲磁场半连续铸造凝固过程中，结晶器壁附近形核的临界形核半径和临界形核功有所降低，同时脉冲磁 场形成的熔体对流使结晶器壁处形成的晶核随着对流扩散到熔池内部，使形核率增加，另外脉冲磁场能够通过尖 端钝化的方式抑制晶粒的生长，从而造成低压脉冲磁场铸锭的晶粒细化。 关键词：镁合金；低压脉冲磁场；半连续铸造；数值模拟；晶粒细化 文章编号：1004-0609(2017)-03-0468-09 中图分类号：TG292 文献标志码：A 近年来，变形镁合金成型件的研究和应用得到了 发现随着磁场强度的增加，铸锭组织得到进一步细化。 人们的广泛关注。为了得到性能优异的变形镁合金成 而张志强等[10−11]通过对比研究低频电磁搅拌和低频 型件，首先要有质量较好的变形镁合金初始锭坯。然 电磁振荡对AZ31 镁合金锭坯组织的影响，发现低频 而，通常用半连续铸造得到的变形镁合金锭坯存在组 电磁振荡具有更好的晶粒细化效果。 织粗大和不均匀以及偏析等问题，不利于锭坯后续的 与上述磁场相比，脉冲磁场具有瞬时作用强、波 热加工，也会影响产品的性能。由于晶粒细化可以减 形可控、设备简单等特点，将其应用于金属凝固过程 少锭坯偏析等缺陷，改善组织的均匀性及其力学性 中来控制凝固组织得到了学者们的关注和研究。訾炳 能[1−3] ，并能提高后续加工过程中(如挤压和轧制) 的成 涛等[12]发现强脉冲磁场可使LY12 铝合金凝固组织得 形性，确保再结晶之后晶粒尺寸细小均匀[4−5] ，因此， 到明显细化。GAO 等[13] 在锭模铸造纯铝(d50 晶粒细化是一种很重要的改善变形镁合金铸锭质量的 mm ×130mm)过程中施加强脉冲磁场后发现，纯铝铸 方法。 锭组织由初始粗大的柱状晶转变为完全细化的等轴晶 镁合金半连续铸造过程中晶粒细化的方法主要有 组织。强脉冲磁场能够有效细化金属的凝固组织，但 添加晶粒细化剂法和物理法。物理法中的电磁处理方 产生强脉冲磁场的高压脉冲装置在具体应用中存在控 法由于不接触熔体，对熔体没有污染，且不受合金成 制困难、安全性低等问题[14] ，从而限制了强脉冲磁场 分影响，成为研究热点，并在工业生产中得到了应用。 的进一步应用。 [6] [7] GUO 等 和ZHANG 等 分别在AZ91 和ZK60 镁合 通过降低充电电压(＜500 V) ，本文作者所在课题 金的半连续铸造过程中施加低频电磁场，发现铸锭组 组开发了一种低压脉冲磁场组织控制技术。由于充电