电磁场作用下铝合金凝固理论基础研究共3篇
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《定向凝固Al-Cu-Si共晶合金组织形成与性能》篇一一、引言近年来,Al-Cu-Si共晶合金因其在机械、物理及化学性能上的优异表现,在多种工程领域得到了广泛应用。
其组织结构的形成及性能的优化是当前材料科学研究的重要课题。
本文主要对定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成过程及性能进行了研究。
二、Al-Cu-Si共晶合金的组织形成1. 成分设计与熔炼定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的成分设计主要依据合金的共晶成分。
在高温下,将Al、Cu和Si按照预设比例混合并熔炼,待其完全熔化后,进行均匀化处理,以消除成分偏析。
2. 定向凝固过程在定向凝固过程中,合金的冷却速率对组织形成具有重要影响。
通过控制冷却速率,可以获得具有特定组织结构的共晶合金。
在缓慢的冷却过程中,原子有足够的时间进行有序排列,形成定向生长的组织结构。
3. 组织形成机理Al-Cu-Si共晶合金的组织形成主要受到原子扩散、相变及共晶反应的影响。
在冷却过程中,合金中的各元素通过扩散达到共晶反应的成分比例,进而发生共晶反应,形成共晶组织。
三、定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的性能1. 机械性能定向凝固Al-Cu-Si共晶合金具有优异的机械性能,包括高强度、良好的塑性和韧性。
其高强度主要源于共晶组织的强化作用,而良好的塑性和韧性则得益于合金中各相的均匀分布和相互协调。
2. 物理性能该合金具有良好的导热性和导电性,这主要归因于其独特的组织结构和各元素的优良性能。
此外,其还具有较高的热稳定性,能够在高温环境下保持较好的性能。
3. 耐腐蚀性能Al-Cu-Si共晶合金在多种环境下表现出良好的耐腐蚀性能。
这主要得益于其致密的组织结构和元素之间的相互协同作用,使得合金在腐蚀环境下具有较高的抗蚀性。
四、结论本研究通过对定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成与性能进行研究,发现该合金具有优异的机械性能、物理性能和耐腐蚀性能。
这些性能主要源于其独特的组织结构,包括共晶组织的形成、各相的均匀分布以及元素之间的相互协同作用。
《定向凝固Al-Cu-Si共晶合金组织形成与性能》篇一一、引言随着现代科技和工业的不断发展,合金材料在各种应用领域中扮演着重要的角色。
定向凝固技术作为合金材料制备的一种重要方法,对于共晶合金的微观组织和性能具有显著影响。
本文以Al-Cu-Si共晶合金为研究对象,深入探讨了其定向凝固过程中的组织形成与性能。
二、Al-Cu-Si共晶合金的定向凝固1. 实验材料与方法本实验采用纯度较高的Al、Cu、Si元素作为原料,通过熔炼、浇注、定向凝固等工艺制备Al-Cu-Si共晶合金。
采用光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对合金的微观组织进行观察和分析。
2. 定向凝固过程在定向凝固过程中,合金的液态金属在温度梯度的作用下逐渐凝固,形成特定的晶体结构。
由于Al-Cu-Si共晶合金具有较低的共晶温度和良好的流动性,因此在适当的温度梯度和凝固速率下,可以得到良好的共晶组织。
三、组织形成与微观结构1. 共晶组织的形成在定向凝固过程中,Al-Cu-Si共晶合金中的Al和Si元素在共晶温度下同时析出,形成共晶组织。
这种组织具有优异的力学性能和物理性能,使得合金在各种应用领域中具有广泛的应用前景。
2. 微观结构分析通过光学显微镜和扫描电子显微镜观察发现,Al-Cu-Si共晶合金的微观结构主要由初生相和共晶相组成。
初生相主要为Al基体,而共晶相则是由Al、Cu、Si元素组成的复杂化合物。
这些相在空间上相互交织,形成了复杂的微观结构。
四、性能分析1. 力学性能Al-Cu-Si共晶合金具有良好的力学性能,包括高强度、高硬度、良好的延展性和耐磨性等。
这些性能主要归因于其优异的微观结构和共晶组织的形成。
此外,通过调整合金的成分和定向凝固工艺,可以进一步优化合金的力学性能。
2. 物理性能Al-Cu-Si共晶合金还具有良好的物理性能,如优良的导热性、导电性和抗腐蚀性等。
这些性能使得合金在电子、航空航天、汽车等领域具有广泛的应用前景。
五、结论本文通过实验研究了Al-Cu-Si共晶合金的定向凝固过程、组织形成与性能。
《定向凝固Al-Cu-Si共晶合金组织形成与性能》篇一一、引言定向凝固技术是一种重要的金属材料制备技术,它通过控制冷却速率和温度梯度,使合金在凝固过程中形成特定的组织结构。
Al-Cu-Si共晶合金作为一种典型的金属间化合物,具有优异的力学性能和物理性能。
本文旨在研究定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成与性能,为合金的制备和性能优化提供理论依据。
二、材料与方法1. 材料准备选用高纯度的Al、Cu和Si作为原材料,按照一定的比例配制出Al-Cu-Si合金。
在真空熔炼炉中熔炼合金,并采用定向凝固技术进行凝固处理。
2. 定向凝固技术采用高温度梯度定向凝固装置,控制冷却速率和温度梯度,使合金在特定的条件下进行凝固。
通过调整工艺参数,观察组织结构的变化。
3. 性能测试与表征采用光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对合金的组织结构进行观察和分析。
通过硬度测试、拉伸试验等手段评估合金的力学性能。
同时,采用X射线衍射等手段对合金的物相组成进行表征。
三、结果与分析1. 组织形成在定向凝固过程中,Al-Cu-Si共晶合金的组织结构发生了明显的变化。
随着冷却速率和温度梯度的调整,合金中的初生相、共晶相和次生相的形态、大小和分布都发生了改变。
当温度梯度较大时,组织呈现出明显的定向性,初生相和共晶相的分布更加均匀。
2. 性能表现(1)力学性能:随着组织结构的优化,Al-Cu-Si共晶合金的力学性能得到了显著提高。
硬度测试表明,合金的硬度值随着温度梯度的增加而提高。
拉伸试验表明,合金的抗拉强度和延伸率也得到了提高。
(2)物相组成:X射线衍射结果表明,Al-Cu-Si共晶合金主要由Al基体、CuAl2和Si相组成。
随着温度梯度的变化,各物相的相对含量和分布也发生了变化。
四、讨论1. 组织形成机制Al-Cu-Si共晶合金的组织形成受冷却速率和温度梯度的影响较大。
在定向凝固过程中,合金中的初生相和共晶相在特定的温度梯度下形成并长大。
电场作用下2014铝合金的时效强化的开题报告题目:电场作用下2014铝合金的时效强化摘要:本文研究了电场作用下2014铝合金的时效强化现象。
采用TEM和XRD等多种手段对实验样品进行了表征和分析,发现在电场作用下,2014铝合金的时效强化程度明显增强。
通过微观分析和机理探讨,提出了电场作用下2014铝合金时效强化的可能机制。
本文的研究有望为铝合金的电场强化和时效强化的研究提供参考和借鉴。
关键词:电场作用;时效强化;2014铝合金;微观分析;机理探讨一、研究背景铝合金是一种重要的结构材料,在航空、汽车、船舶、建筑等领域得到了广泛应用。
其中,2014铝合金因其具有良好的热处理性能和高强度、高韧性等优点,被广泛应用于航空器结构中。
然而,在实际应用中,2014铝合金的时效强化效果仍有一定的提升空间。
近年来,电场强化作为一种新颖的材料强化方式,受到了广泛关注。
研究表明,电场可以在材料微观结构和力学性能上产生显著影响。
因此,探究电场作用下2014铝合金的时效强化效果,有望为铝合金的强化技术和应用提供新思路和方法。
二、研究内容本文的研究内容是电场作用下2014铝合金的时效强化。
具体的研究内容包括:1. 合金试样的制备:采用真空熔炼-等静压成形法制备2014铝合金试样。
2. 电场作用下的时效处理:将试样进行适当的时效处理,并根据实验需要在电场下进行。
3. 实验测试和分析:采用TEM、XRD等多种手段对试样的微观结构和物理性能进行表征和分析,探究电场作用下2014铝合金的时效强化机制。
三、预期结果通过对实验样品的表征和分析,本文预期可以得到如下的结果:1. 电场作用下,2014铝合金的时效强化程度明显增强。
2. 微观分析可以揭示电场作用下2014铝合金的时效强化机制。
3. 提出了一些可能的机制,为铝合金的电场强化和时效强化的研究提供参考和借鉴。
四、结论与展望本文将通过对电场作用下2014铝合金的时效强化进行研究,揭示其机制和优化方法,为铝合金的强化技术和应用提供新思路和方法。
《定向凝固Al-Cu-Si共晶合金组织形成与性能》篇一一、引言在金属材料领域,定向凝固合金由于其在物理性能和机械性能方面的卓越表现,一直是研究的热点。
Al-Cu-Si共晶合金作为其中的一种,具有优异的力学性能和良好的加工性能,广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
本文将重点研究定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成及性能。
二、定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成1. 成分设计与制备在Al-Cu-Si合金体系中,适当的元素配比对合金的组织形成和性能具有重要影响。
通过合理的成分设计,可以获得具有共晶结构的合金。
制备过程中,采用定向凝固技术,通过控制冷却速度和温度梯度,使合金在特定方向上凝固。
2. 组织形成过程在定向凝固过程中,Al-Cu-Si合金的组织形成主要受到温度梯度、凝固速度和合金元素扩散速度的影响。
当合金在适当的温度梯度和凝固速度下凝固时,会形成共晶组织。
共晶组织的形成包括初生相的析出和共晶相的生成两个阶段。
初生相的析出主要受合金元素浓度和温度梯度的影响,而共晶相的生成则是在初生相析出后,通过元素扩散和固溶反应形成。
三、定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的性能1. 力学性能定向凝固Al-Cu-Si共晶合金具有优异的力学性能,包括高强度、高硬度、良好的耐磨性和抗疲劳性。
这些性能主要归因于其独特的共晶组织结构。
共晶组织中的初生相和共晶相相互交织,形成了强韧的复合结构,提高了合金的力学性能。
2. 物理性能除了力学性能外,定向凝固Al-Cu-Si共晶合金还具有良好的物理性能,如优良的导电性和导热性。
这些性能主要得益于合金中铝元素的优异导电导热性能。
此外,合金的密度较低,有助于减轻制品的重量。
四、实验与结果分析为了深入研究定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成与性能,我们进行了一系列实验。
通过改变合金成分、温度梯度和凝固速度等参数,观察合金的组织形态和性能变化。
实验结果表明,适当的成分设计和工艺参数可以获得具有优异性能的定向凝固Al-Cu-Si共晶合金。
《定向凝固Al-Cu-Si共晶合金组织形成与性能》篇一一、引言随着现代科技的发展,金属材料在众多领域中发挥着重要作用。
其中,Al-Cu-Si共晶合金因其优异的物理和机械性能,被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子封装等领域。
本文将重点研究定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成及其性能,以期为相关领域的研究和应用提供理论依据。
二、定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成1. 合金成分与相图Al-Cu-Si三元合金系统具有复杂的相图,其中共晶成分的合金在一定的温度范围内可以形成共晶组织。
通过调整合金的成分,可以获得具有特定组织和性能的共晶合金。
2. 定向凝固工艺定向凝固是一种通过控制合金的冷却速度和结晶方向,从而获得具有特定组织和性能的材料的方法。
在Al-Cu-Si共晶合金的定向凝固过程中,通过控制温度梯度和冷却速度,可以获得具有特定晶体取向的共晶组织。
3. 组织形成过程在定向凝固过程中,Al-Cu-Si共晶合金的组织形成主要受到温度梯度、结晶速度和合金成分的影响。
当合金在一定的温度梯度下冷却时,首先形成初生相,随后在初生相的基础上形成共晶组织。
共晶组织的形成过程包括初生相的生长、共晶相的形成和共晶片的生长等步骤。
三、Al-Cu-Si共晶合金的性能1. 机械性能Al-Cu-Si共晶合金具有较高的强度和硬度,同时具有良好的塑性和韧性。
这主要得益于其独特的共晶组织结构,使得合金在受到外力作用时能够产生良好的变形协调能力。
2. 物理性能Al-Cu-Si共晶合金具有良好的导热性和导电性,这使得其在电子封装和导电材料等领域具有广泛的应用。
此外,该合金还具有较好的耐腐蚀性能,能够在恶劣的环境中长时间使用。
四、定向凝固对Al-Cu-Si共晶合金性能的影响通过定向凝固工艺,可以获得具有特定晶体取向的Al-Cu-Si 共晶合金。
这种合金的机械性能和物理性能得到进一步提高,同时具有更好的各向异性。
定向凝固使得合金中的晶体结构更加规整,从而提高了合金的强度和硬度。
强磁场对Al-18Si合金凝固组织的影响及其机理研究
晋芳伟;任忠鸣;王晖;徐匡迪
【期刊名称】《材料工程》
【年(卷),期】2005(000)004
【摘要】研究了过共晶Al-18Si合金在稳恒强磁场中的凝固行为.实验表明,在稳恒强磁场作用下,过共晶Al-18Si合金中的初生Si发生显著偏聚.为解释初生Si的偏聚机理,建立了相应的量子理论模型.模型认为:初生Si在Al-18Si合金中的偏聚是由于部分Si原子在磁场中获得附加能后,沿磁场方向做旋进运动所致.Si原子在10T 磁场中获得的附加能为1.854×10-22J.
【总页数】3页(P30-32)
【作者】晋芳伟;任忠鸣;王晖;徐匡迪
【作者单位】云南农业大学工程技术学院,昆明,650201;上海大学材料科学与工程学院,上海,200072;上海大学材料科学与工程学院,上海,200072;上海大学材料科学与工程学院,上海,200072
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.2
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1.强磁场对Cu-Ag合金凝固组织及性能的影响 [J], 李贵茂;柳艳;石为喜;王海波
2.强磁场对Al-Cu合金凝固组织及溶质分布的影响 [J], 苑轶;王强;刘铁;赫冀成
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4.α-Al磁性对强磁场下Al-Cu亚共晶合金定向凝固组织的影响 [J], 刘钱;任忠鸣;钟华;李传军;余建波
5.稳恒强磁场对Cu-15Ni-8Sn合金凝固组织、微观偏析及显微硬度的影响 [J], 沈喆;任朗;林中泽;朱家乐;钟云波
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工 程 技 术73科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATIONDOI:10.16661/j.c n k i.1672-3791.2017.29.073强磁场对Al-Si合金凝固组织的细化研究意义林东来(福建省华厦能源设计研究院有限公司 福建福州 350000)摘 要:Al-Si合金是目前使用较为广泛的工程材料,其具有良好的耐磨和耐热等性能及易于铸造和流动性好等一系列优良特点,它主要应用于汽车、摩托车等发动机活塞材料。
当前采用强磁场对Al-Si合金的晶粒进行细化,提高铝硅合金的性能和质量的意义深远。
本文概括当前在强磁场下制备Al-Si合金的工艺研究并综合分析强磁场对Al-Si合金性能的影响。
关键词:Al-Si合金 强磁场 细化中图分类号:TG146文献标识码:A文章编号:1672-3791(2017)10(b)-0073-02如今我国经济已经进入快速发展阶段,节约资源、创新技术与发展绿色循环经济已成为人们关注的热点。
随着工业、制造业的发展,材料科学也迅速发展,特别是生产领域上工程材料的广范运用,工程材料的性能(硬度、耐磨性、韧性等)也越来越受到人们的关注与研究。
A l-S i合金,它是一种轻质金属材料,因其具备良好的耐磨和耐热等性能及易于铸造和流动性好等特点被人们所关注。
为了获得更好的共晶合金材料,对细化合金的凝固组织进行研究是有必要的。
近些年来研究发现,在磁场下由于磁化力和洛伦兹力的作用对合金的凝固组织产生影响,将强磁场作为一种A l-Si合金改性手段,其性能得到了显著提高。
1 强磁场对Al-Si合金细化处理的特点随着研究对A l-S i合金变质细化处理的不断深入,人们正努力寻找可以细化铝硅合金的方法。
恰巧在研究材料电磁过程中发展了强磁场材料科学,便有研究人员尝试在A l-Si合金的凝固过程中使用磁场的方法[1],通过对材料处理过程中增加电磁场的手段,达到细化合金凝固组织。
强磁场下Al-Mn合金凝固过程的研究
罗大伟;郭进;阎志明;李廷举
【期刊名称】《稀有金属材料与工程》
【年(卷),期】2009(38)A01
【摘要】研究了强磁场对Al-Mn合金中Al6Mn相形态的影响。
在保持磁场度不变的情况下,对不同温度下的凝固组织进行观察,发现磁场对Al-Mn合金中Al6Mn 相形态产生了明显的影响,强磁场使Al6Mn相在凝固时产生了聚合和定向排列的效果,同时对Al6Mn析出相取向后聚集长大的过程进行了研究,并给出了相应的理论分析。
【总页数】4页(P553-556)
【关键词】强磁场;Al-Mn合金;Al-Mn相;取向
【作者】罗大伟;郭进;阎志明;李廷举
【作者单位】大连理工大学铸造工程研究中心;大连理工大学三束材料改性国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.4
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Vol.13 №.3 T rans.Nonferrous Met.Soc.China J un.2003 Article ID:10036326(2003)03047311Solidif ication of Al alloys under electrom agnetic f ield①CU I Jian2zhong(崔建忠)(K ey Laboratory of Ministry of Education for Electromagnetic Processing of Materials,Northeastern University,Shenyang110004,China)Abstract:New theories and technology in the electromagnetic field were put forward about DC casting of Al alloys,in2 cluding the fundamental research works,i.e,effects of the electromagnetic field on solidus and liquidus,macrosegregation of the main alloying elements,microstructures,content of alloying elements in grains and grain size after solidification un2 der electromagnetic field,and also including a new process2DC casting under low frequency electromagnetic field (L FEMC),which can refine microstructure,eliminate macrosegregation,increase the content of alloying elements within grains,decrease the residual stress,avoid cracks and improve surface quality,and another new process2DC casting under low frequency electromagnetic vibration(L FEVC),which is a high effective method for grain refining.K ey w ords:Al alloy;electromagnetic field;frequency;intensity;solidus;liquidus;content of alloying elements;macrosegregation;residual stress;surface qualityC LC number:TG146.2Document code:A1 INTR OD UCTIONCasting is a key step in Al alloy processing. From production we know that almost all quality problems are related to the defects in casting,most of which can not be eliminated in following forming and heat treatments,so casting is not only a forming pro2 cess but also a process for structural control.To apply outfield is an efficient and economical method to con2 trol structures.The electromagnetic field is widely used in industry,because of its high efficiency,econ2 omy,cleanness and no contact[15],for example, electromagnetic stirring,electromagnetic pumping, electromagnetic brake,and so on.A series of advan2 tages are brought out in the electromagnetic casing without mold,especially in the electromagnetic soft contact[611].What do changes occur in fundamental rules during solidification under electromagnetic field, in the flow field and temperature field during solidifi2 cation,and in the microstructures and distribution of elements after solidification?How to use these changes to control the microstructure and to improve the properties of the alloys and develop new technolo2 gies are the task in this study.2 FUN DAMENTAL RESEARCH WORK IN SO2 L IDIFICATION OF Al ALLOY UN DER E L EC2 TR OMAGNETIC FIE LDThe phase diagram is the basic rules in alloy phase transition.The grain size and the distribution of the alloying elements are the key factors to the properties of the alloys.2.1 E ffects of electromagnetic f ield on solidus andliquidus of Al alloys[12]2.1.1 Effects of DC electromagnetic field on solidusand liquidus of Al alloySolidification is a nonequilibrium process under electromagnetic field,which will result in some changes in solidus and liquidus.The effects of DC electromagnetic field on the melting point of Al and solidus and liquidus of Al2Cu alloys are shown in Fig.1.The melting point of Al and both solidus and liq2 uidus temperatures decrease with the increase of the intensity of the DC electromagnetic field.However, both the interval and the slope of solidus and liquidus increase with the increase of the intensity of the DC electromagnetic field.2.1.2 Effects of AC electromagnetic field on solidusand liquidus of Al2Cu alloyThe effects of AC electromagnetic field on the melting point of Al and solidus and liquidus of Al2Cu alloys are shown in Fig.2.The melting point of Al and both solidus and liquidus temperatures of Al2Cu alloys increase with the increase of the intensity of the DC electromagnetic field.However,both the interval and the slope of solidus and liquidus decrease with the increase of the intensity of the DC electromagnetic field.①Found ation item:Project(G1999064905)supported by the National Key Fundamental Research and Development Program of ChinaR eceived d ate:20030305;Accepted d ate:20030409Correspondence:CU I Jian2zhong,Professor;E2mail:jzcui@Fig.1 Effects of DC electromagnetic fieldon melting point of Al and solidus and liquidus of Al 2Cu alloysFig.2 Effects of AC electromagnetic fieldon melting point of Al and solidus and liquidus of Al 2Cu alloys (f =50Hz )2.1.3 Effects of the frequency of electromagneticfield on solidus and liquidus of 7075Al alloy The effects of the frequency of electromagnetic field on solidus and liquidus of 7075alloy were studied at given electromagnetic intensity of 0.06T.The re 2sults are shown in Fig.3.Both liquidus and solidus temperatures fall down under DC electromagnetic field.The solidification interval increases because the solidustemperature falls down in a large extent.However ,both liquidus and solidus temperatures raise under AC electromagnetic field.The solidification in 2terval decreases because the solidus temperature raises in a large extent.The lower the frequency is ,the more notable the effects are.For example ,when the liquidus temperature increases from 630to 640℃,the solidus tem perature increases from 520to 540℃and the solidification interval reduces by 10℃at the frequency of 15Hz comparing with those without e 2Fig.3 Effects of frequency of electromagnetic fieldon liquidus and solidus in 7075Al alloy (B =0.06T )lectromagnetic field.2.1.4 Effects of intensity of electromagnetic fieldon liquidus and solidus of 7075Al alloyThe effects of the intensity of electromagnetic field on liquidus and solidus of 7075Al alloy are shown in Fig.4.The solidus and liquidus tempera 2tures raise and the solidification interval decreases un 2der AC electromagnetic field.For example ,at a given frequency of 15Hz ,the liquidus and solidus increase by 5and 10℃,respectively ,and the solidification interval reduces by 5℃at the intensity of 0.03T comparing with those without electromagnetic field.At the same frequency ,the liquidus and solidus in 2crease by 15and 27.5℃,respectively ,and the so 2lidification interval reduces by 12.5℃at the intensi 2ty of 0.12T comparing with those without electro 2magnetic field.2.1.5 A simple explain of effects of electromagneticfield on liquidus and solidusFig.4 Effects of intensity of electromagneticfield on liquidus and solidus of 7075Al alloy (f =15Hz )・474・Trans.Nonferrous Met.Soc.China J un.2003 The force will be produced in a moving charged particle when it cuts magnetic lines according to the electromagnetic theory.The direction of the force is opposite to the moving direction of the particle,so that DC electromagnetic field will produce a brake force,which will limit the moving particles.Howev2 er,the AC magnetic field will promote the motion of the particles.Crystallization of the metals is a process in which liquid atoms transfer to solid crystals.De2 crease in solidus under DC electromagnetic field means a decrease in the temperature at which the crystalliza2 tion finishes and an increase in need for undercooling, which results from a decrease in the atom transferring speed from liquid to solid because of a brake made by DC electromagnetic filed.Decrease in liquidus under DC electromagnetic field means a decrease in the tem2 perature at which the crystal nuclei formation and an increase in need for undercooling,which results from a decrease in the atom transferring speed from liquid to solid because of a brake made by DC electromag2 netic filed,too.The higher the intensity of the elec2 tromagnetic field is,the stronger the brake force and the more the decrease in liquidus and solidus are.Un2 der AC electromagnetic field,the motion of the atoms is promoted and the speed for atoms to transfer from liquid to crystal nuclei is increased,which means that at higher temperature the nucleation starts and the crystallization finishes.The higher the increase in the intensity of AC electromagnetic,the larger the in2 crease extent of the liquidus and solidus is.2.2 E ffect of electromagnetic f ield on content ofalloying elements within grains[13]The solution content of alloying elements within grains is a key for the workability and service proper2 ties of the alloys.It is the first report on the solution content of alloying elements within grains promoted by electromagnetic field.2.2.1 Effect of frequency on content of alloying ele2ments within grainsThe content of alloying elements within grains increases under an electromagnetic field.However, the increase extents are different at different frequen2 cies.The increase extents of Cu and Zn reach its maximum at about15Hz as shown in Figs.5(c)and 5(a),and the increase extent of Mg is largest at0Hz as shown in Fig.5(b),i.e,under DC electromagnet2 ic field,which shows that low frequency electromag2 netic field will promote to increase the content of the alloying elements within grains,and different ele2 ments have their own optimum frequency.2.2.2 Effects of intensity of electromagnetic fieldon content of alloying elements within grains The content increases firstly,then slowly decreases with the increase of the intensity of electromagnetic field, which means that there may be a saturated s olubility at high intensity,as shown in Fig.6.2.2.3 Microstructures of solidification under elec2tromagnetic field[13,14]The size of precipitates in Al2Cu alloy and7075alloy becomes small when it s olidifies under electromagnetic field,as shown in Fig.7and Fig.8.There are only fine GP zones when electromagnetic field intensity is high and the frequency is low,as shown in Fig.8.It is very inter2 esting that the resistance rate increases and the lattice con2 stant decreases at the frequency where the s olubility reach2 es its maximum,which is the direct confirmation of the increase in s olubility.It is notable that electromagnetic field with low frequency has stronger effects and DC elec2 tromagnetic field has a little effects on Al2Cu alloy,as shown in Fig.9.2.2.4 Discussing on increase of alloying elementswithin grains under electromagnetic field The atoms will lose their electrons and become ions in liquid metals.The moving speed,v,of the ions is stochastic and free without electromagnetic field.Under an electromagnetic field B,the speed v divides into two parts,v⊥,perpendicular to the elec2 tromagnetic field,and v∥,parallel to the electro2 magnetic field.A Lorentz force results from the int2Fig.5 Dependence of content of alloying elements on frequency in7075alloy(a)—Zn;(b)—Mg;(c)—Cu・574・Vol113 №13 Solidification of Al alloys under electromagnetic fieldFig.6 Dependence of solubility ofalloying elements on intensit y of electromagnetic field.(a )—Zn ;(b )—Mg ;(c )—CuFig.7 Microstructures of Al 24.5Cu alloy solidified under electromagnetic field(a )—Without electromagnetic field ;(b )—50Hz ;(c )—25Hz ;(d )—15Hz ;(e )—10Hz ;(f )—DC electromagnetic field (B =0.1T)eraction between ions with charge q and electromag 2netic field B [15].f =q v ⊥×B(1)where f is perpendicular to v ⊥,and changes the direction of v ⊥,but dos not change its magnitude ,so the ions go around the electromagnetic lines under the action of f .v ∥forces ions to move in the direc 2tion of electromagnetic lines.The circum 2rotation ra 2dius is [16]r c =v ⊥ωc=m v ⊥|q |B(2)From the above equation we know that r c is pro 2portional to the mass of the ions ,m ,and inversely proportional to the charge ,q .The radii of Al 3+,Zn 2+,Mg 2+,Cu +are different for their differences in mass and charge ,which results in a relative motion of the alloying elements and Al atoms ,and an in 2crease in diffusion ability of the alloying elements in Al matrix ,so the solubility of the alloying elements in α(Al )increases.2.3 E ffects of electromagnetic f ield on macrosegre 2gation of alloying elements [13]Macrosegregation of alloying elements is a famil 2iar defect in casting ,which will results in a decrease in properties for uneven element distribution.Espe 2cially ,if the segregation nubbles form on the surface of ingots ,a lot of materials must be milled out ,which results in a decrease in the rate of the finished・674・Trans.Nonferrous Met.Soc.China J un.2003Fig.8 Microstructure of 7075Al alloy solidified under electromagnetic field(a )—Without electromagnetic field ;(b )—f =30Hz ,B =0.06T ;(c )—f =30Hz ;B =0.12T ;(d )—f =15Hz ,B =0.12TFig.9 Effects of frequency on lattice constantand resistance rate of Al 24.5Cu alloyB =0.12Tproducts.To eliminate segregation many methods were used ,whose the application of electromagnetic field is an effective one.2.3.1 Effects of electromagnetic field on macroseg 2regation of 7075alloyThe segregation rate ,S ,is calculated by the fol 2lowing equation :S =(C max -C min )/C ave(3)where C max is the highest content of an element in an ingot ;C min is the lowest content of an element in an ingot ;C ave is the average content of ten measuring points of an element from the center to the border in an ingot.The application of electromagnetic field reduces the macrosegregation remarkably ,as shown in Fig.10.However ,different frequencies will have differ 2ent effects.Zn and Mg reach their lowest value at 15Hz and Cu reaches its lowest value at DC electromag 2netic field.The intensity of electromagnetic field has stronger effects on macrosegregation ,as shown in Fig.11.The rate of segregation firstly falls down fastly then raises up slowly.The lowest rates of the three elements take place in B =0.06T ,which shows that high intensity is not necessary to eliminate macrosegregation.2.3.2 Discussion on elimination of macrosegre 2gationThe reason why the electromagnetic field elimi 2nates the macrosegregation maybe come from three aspects1)the electromagnetic field makes a stirring which forces liquid alloy to flow in a circular direc 2tion ,and the distribution of elements become even ;2)a fast diffusion and an increase in elements within grains result from the electromagnetic force ;3)the electromagnetic field has much strong ef 2fect on the temperature field and solute field at inter 2face of liquid and solid ,which will make a homoge 2nous distribution of elements.3 DC CASTING OF Al ALLOY AT LOW FRE 2QUENCY E L ECTR OMAGNETIC FIE LD (LFEMC)G etselev [17]invested a process for electromagnet 2ic casting (EMC ),which was called casting without mould because the liquid alloys do not contact with the mould by a high pressure produced by high fre 2quency electromagnetic field ,only act on the surface of the liquid surface.This technique receives high r 2・774・Vol 113 №13 Solidification of Al alloys under electromagnetic fieldFig.10 Dependence of frequency ofelectromagnetic field onsegregation rates in 7075alloy(a )—Zn ;(b )—Mg ;(c )—CuFig.11 Effects of intensity of electromagnetic field on macrosegregation in 7075alloy(a )—Zn ;(b )—Mg ;(c )—Cu ecognition in Al industry for its improvements in sur 2face quality and grain fining.However ,this tech 2nique is only used in a few workshop because it is dif 2ficult to control in beginning stage and a very smooth casting machine is needed.Another EMC ,CREM was invented by Vives [18]who cast ingots of Al alloys with fine grains and good surface by the application of an electromagnetic field of common frequency ,50Hz.In this study we will open a new ,efficient tech 2nique 2L FEMC based on the understanding principle of CREM [1928].3.1 Working principle of LFEMCThe result of the numerical simulation of the dis 2tribution of magnetic flux density in pool is shown in Fig.12.The magnetic flux density decreases quickly in the mold because of a much magnetic loss with the increase in frequency ,which results a decrease in the density in the pool.The higher the frequency and the larger the vertex in the mold which is made of met 2als ,the lower the density in the pool is ,so the high penetration ability of low frequency magnetic field is the base of L FEMC.The flow of liquid alloy in the pool without and with a low frequency electromagnetic field is shown in Fig.13.It is very interesting that the impact depth of the pouring liquid alloy decreases (Fig.13(b ))inL FEMC ,which results from the liquid flows from the center to the border in surface.This characteristic can markedly change the temperature field and great 2ly decrease the depth of liquid cavity and residual stress in ingot during casting.Dependence of temperature at the central line of the ingot on frequency is shown in Fig.14.It is seen that the temperature field becomes even and the depth of liquid cavity decreases when a low frequency elec 2tromagnetic field is applied.3.2 R esults of LFEMCThe L FEMC microstructures of 7075alloy areFig.12 Distribution of magnetic flux densityin pool of diameter 200mm・874・Trans.Nonferrous Met.Soc.China J un.2003Fig.13 Liquid alloy flowswithout and with a lowfrequency electromagnetic field(a )—B =0;(b )—f =25HzFig.14 Dependence of temperature at the central line of the ingot on frequency shown in Fig.15.The finer the microstructures be 2come and the lower the frequency is ,the finer the grains are.The distribution of the alloying elements and the improvement of macrosegregation after L FEMC in a d 200mm ingot are shown in Fig.16.The best improvement takes place at 30Hz.The residual stress of the ingot after L FEMC is shown in Fig.17.The residual stresses are reduced by 50%in L FEMC comparing with the DC casting without elec 2tromagnetic field.The advantages of L FEMC are summarized as followings :1)microstructures become finer ;2)segregation is eliminated ;3)solubility of alloying elements in grains in 2creases ;4)surface quality is improved ;5)residual stress decreases a lot and the cracks are avoided effectively [29]L FEMC does not change the conventional cast 2ing process and does not need rebuilding the melting furnace and casting machine ,only needs adding a cheap electrical source and coils ,so a little increase will be in cost and L FEMC will be widely used in Al industry.Recently ,L FEMC is applied to DC casting of Mg alloys and its high strength alloys ,and thesame results as 7075have been achieved.4 DC CASTING OF Al ALLOY UN DER LOWFREQUENCY E L ECTR OMAGNETIC VIBRA 2TION (LFEMVC)4.1 Working principles of LFEMVC [30]Two electromagnetic fields were applied ,of which one is a DC or invariable electromagnetic field B with a foil going through a DC current and the oth 2er is an AC electromagnetic field of low frequency b with a foil going through an AC current of 20100Hz ,which produces an inductive current J with the same frequency as AC current in the melt.A force field will be produced for the interaction of B ,b and J ,which will force the melt to be vibrated.The working principle and the schematic diagram of L FEMC are shown in Fig.18and Fig.19.From the magnetohydrodynamics the liquid motion is the superposition of three kinds of motions ,the alter 2nating vibrations with frequencies of f and 2f and the brake function against liquid flow.The interaction of B with J will produce a vibration force F 1=J ×B ,which acts in the liquid and can reach and spread into the whole liquid by an elastic function [31].The interaction of b with J will produces a force ,F 2=J ×b [3234],which includes an indepen 2dent 2time heft and a vibration heft with frequency 2f .If the permeability is μ,the electromagnetic force can be divided into a radius part , (1/2μb 2),which is perpendicular to the center line of the ingot ,and is a balance to the hydropressure of the liquid al 2loy in the pool ,and forms a meniscus free surface in the sump ;and an axis part ,1/μ(b ・ )b ,which in 2clines to the centerline of the magnetic field ,and stirs the sump.The liquid flows at a speed U from the center to the border of the sump.The flow will cut the mag 2netic lines and produce a current J 1which interacts with B to produce a force F 3=J 1×B 1.The force will reduce the flow speed of the liquid.・974・Vol 113 №13 Solidification of Al alloys under electromagnetic fieldFig.15 Effects of frequency of electromagnetic field on microstructures of 7075alloy in L FEMC(d 200mm ,Θ=20000A )(a )—B =0;(b )—50Hz ;(c )—30Hz ;(d )—15HzFig.16 Effect of low frequency electromagnetic field on distribution of alloying elements(d 200mm ,Θ=20000A )(a )—Mg ;(b )—Cu ;(c )—Zn ;(d )—Cu・084・Trans.Nonferrous Met.Soc.China J un.2003Fig.17 Effect of L FEC on residual stressin ingot(d200mm,Θ=20000A)(a)—Radial stress;(b)—Circular stressFig.18 Principle of production ofelectromagnetic vibrationFig.19 Schematic diagram of DC castingof aluminum alloys with electromagneticvibration methodAnother force F4=J0×b comes from the interaction of AC magnetic field,b,and an induced current J0, which results from the cutting magnetic lines owing to liquid flow,and it is a periodic alternating vibra2 tion force.There is little of reports on F4.4.2 E ffects of LFEMVCThe microstructures after LFEMVC are shown in Fig.20.The microstructures become very fine,s o LFEMVC is a more effective process for grain refining than LFEMC.I f the LFEMVC process can force the al2 loying elements to s olute and improve segregation and re2 duce residual stress,it will become a more valuable casting method for Al alloy.4.2.1 Discussion on principle of grain refining ofL FEMVC[34]The reason why the grains can be refined by L FEMVC is a complex problem.We consider that the main reasons are followings:1)the number of grain nuclei increases by the nuclei deviating from the wall of the mold owing to the vibration;2)the nuclei number increases by an increase in nuclei forming at some solid particles,such as com2 pounds because the vibration can make a repeat fric2 tion to improve the wetting of liquid on the solid par2 ticles and a decrease in wetting angle[35];3)the vibration force makes a convection,which reduces the composition overcooling and temperature grads at the interface of nuclei and liquid to eliminate the condition for dendrite growth;4)the parts of the surfaces of grains are remelted and grow again and again during electromagnetic vi2 bration.Especially,it is easy for the bulges of the grains to be remelted because bulges are of high ener2 gy,so the arms of the dendrites are remelted.The solute field will become homogenous and the buds of dendrites will be broken for the shearing function be2 tween the nuclei and liquid during the vibration be2 cause the nuclei are of higher conductivity than the liquid alloy and they will receive a higher vibration force owing to the high density of current induced by electromagnetic field.When the solid fraction of the alloy is over0.55,the motion speed of liquid will re2 duce greatly for an increase in the friction.A forced vibration still takes place in the two phases region to overcome the free convection and to reduce the tem2 perature grads and the composition overcooling before・184・Vol113 №13 Solidification of Al alloys under electromagnetic fieldthe solidification ,which will restrain the growth ofdendrite ,fine grains and increase the proportion scale of theequiaxed grains.The electromagnetic lines will go deep into the center of the sump and the temperature field and the distribution of the alloying elements will become more homogenous with the decrease in the frequency.The vibration force increases greatly ,especially ,in the liquid cavity with the decrease in the frequency.When the solid fraction is over 0.55and the vibration frequency between the dendrites is closed to the iner 2tia respond frequency ,the excellent function to ho 2mogenize the temperature field and to decrease the composition overcooling takes place ,which will re 2strain the dendrite πs growth ,improve the distribution of the alloying elements and eliminate the segrega 2tion.5 CONC L USIONS1)Under AC electromagnetic field both liquidus and solidus temperatures increase and the solidifica 2tion intervals decrease.However ,under DC electro 2magnetic field both liquidus and solidus temperatures decrease and the solidification intervals increase.2)The content of the alloying elements within grains increases when an electromagnetic field is ap 2plied.Each element has its own optimum combina 2tion of frequency with the intensity of electromagnetic field.3)Under low frequency electromagnetic field ,the resistance rate of Al 2Cu alloy increases ,lattice constant decreases and the precipitates after solidifica 2tion become finer.And the precipitates in 7075alloy after solidification become finer ,too.4)The application of low frequency electromag 2netic field is an effective method to eliminate the macrosegregation.However ,different elements have different optimum combinations of frequency with in 2tense.5)L FEMC is an effective and economical pro 2cess for DC casting of Al alloys ,which can refine mi 2crostructures ,increase the solubility of alloying ele 2ments within grains ,eliminate macrosegregation ,im 2prove surface quality ,decrease residual stress and avoid cracks in ingots.6)L FEMVC is a more effective method to refine microstructures.7)Both L FEMC and L FEMVC are important techniques in the Al industry.REFERENCES[1] Boettinger W J ,Coriell S R ,Greer A L ,et al.S olidifi 2cation microstructures :recent developments ,future di 2rections [J ].Acta Mater ,2000,48:4370.[2] ZHOU Rao 2he ,HU Zhuang 2qi ,J IE Wan 2qi.S olidifica 2tion Technology [M ].Beijing :Mechanical Industry Press 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关于电磁场中合金的凝固的研究1.摘要合金是由两种或两种以上的金属与非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。
一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。
我们着重考虑的是凝固过程。
凝固过程是影响材料组织与性能的—个基本条件,实现对凝固过程的有效控制一直是冶金工作者努力的目标。
近十几年来,在材料凝固过程中施加电磁场的技术得到了快速发展已经从最初的改进传统工艺过程发展成为制备新材料、开发新工艺的重要手段。
采用电磁技术制备材料有很多优势:采用电磁技术操作方便,而且可以使用地磁悬浮技术使得磁场与金属材料不接触,避免了对材料本身的污染。
同时,电磁场能够在金属表面产生涡流,根据涡流的热效应,可以提高铸件的温度,有利于使一些合金内部组织发生二次熔铸,细化晶粒,改善合金的细小结构,提高合金的性能,还有就是静磁场能使熔体中的夹杂的物质净化或球化,从而提高合金的性能。
因此,电磁场对于合金的凝固有显著的作用,对合金凝固有重要价值。
2.电磁场对合金凝固过程中的应用2.1.静磁场在凝固过程中的应用2.1.1.电磁制动电磁制动其实就是抑制流体的流动,当液态金属流经磁感应强度方向与其流速方向相垂直的恒稳磁场时, 根据欧姆定律, 作为导电体的液态金属中将因此而产生感生电流, 感生电流与恒稳磁场的交互作用又在液态金属中产生与流速方向相反的洛仑兹力, 从而使液态金属的流动受到抑制, 这就是电磁制动技术的基本原理。
研究表明电磁制动使钢水注流对结晶器窄边的冲刷强度减小, 这有利于避免发生铸坯初凝坯壳被钢水热流重熔等现象, 从而减少铸坯横裂等凝固缺陷。
并且电磁制动使结晶器内弯月面钢液温度上升5 . 8% , 有利于结晶器内钢水表面的化渣。
80年代以后,Boettinger等人通过对过共晶Pb—Sn合金的垂直定向凝固的研究发现,熔体对流可以导致宏观偏折。
Kishida等人研究了Pb—Sn合金在直流磁场中的凝固规律。
发现其宏观凝固组织中,柱状晶组织会随着磁场强度的提高而增加,并伴随着等轴晶粒的粗化。
冶金业电磁凝固研究论文冶金业电磁凝固研究论文1引言在材料科学领域里,控制材料的凝固过程是提高传统工程材料和铸件性能以及开发新材料的重要途径。
近几十年来,人们在利用各种手段控制凝固过程的研究和生产实践中发现,综合利用电磁场的多种功能对金属的凝固过程进行控制有着明显的优越性。
电磁场下的凝固技术是指在液态合金凝固过程中施加以电磁场来控制材料组织和性能的方法。
该方法在工业生产和科学研究中有其自身独特的特点,如:细化晶粒、改善偏析、获取单一组织、制备钢铁半固态坯料等,并且该方法具有不改变合金的原有成分、无污染、无接触、设备简单、操作方便等其它细化方法不可代替的优点,所以这一技术一经出现就受到了人们的极大关注,目前已经取得了显著的成果,并已在实际生产中得到广泛应用。
如何能进一步拓展电磁凝固技术的应用空间,让这一技术更好的应用与于冶金生产及材料的加工方面,仍然是有待探索与解决的问题。
2材料电磁凝固过程技术简介电磁场在冶金生产过程中的作用,实质上是通过电磁场与熔融金属液相互感应产生电磁力,作用于金属流体以达到预期目的。
目前,把这种研究电磁场与流动之间相互关系的科学,称为电磁流体力学。
材料电磁过程是指将磁流体力学与材料加工技术结合起来,将电磁场应用于材料制造和加工过程,从而实现对材料工艺过程的控制及材料组织和性能的改善。
2.1材料电磁凝固过程技术使用的电磁场材料电磁过程技术使用的电磁场主要有以下几种:①由传统线圈产生的普通强度的直流磁场。
主要用于控制液体金属的流动:例如,作为电磁制动抑制连铸结晶器内钢液的流动,抑制中间包内钢液的紊流等。
②由超导线圈产生的高强度的直流磁场。
主要用于控制液体金属的流动;控制液体金属的形核、生长等凝固过程,开发新材料。
③频率从几赫兹到数十赫兹的交流磁场。
交流磁场是材料加工过程中应用最广泛的一种磁场,可以通过磁场频率的选择,将其应用于感应加热、电磁搅拌、电磁加压、电磁传输等工艺过程,是控制液体金属传输的有力手段。
等流速下新型脉冲磁场对纯铝凝固组织的影响引言:纯铝是一种重要的工业材料,具有良好的导电性、导热性和可塑性。
而纯铝的凝固组织对其力学性能、热物性以及电学性能等都有重要影响。
近年来,新型脉冲磁场技术得到了广泛关注,其被证明能够对金属凝固组织形成过程产生重要影响。
本文将探讨新型脉冲磁场对纯铝凝固组织的影响,并分析其中的机理和应用前景。
一、实验方法为了研究新型脉冲磁场对纯铝凝固组织的影响,我们采用了等流速凝固技术。
首先,将纯铝样品放置在等流速凝固装置中,然后通过施加脉冲磁场来控制凝固过程。
实验中,我们设置了不同的磁场强度和频率,并对比了无磁场条件下的凝固组织。
二、新型脉冲磁场对纯铝凝固组织的影响实验结果表明,新型脉冲磁场对纯铝凝固组织有显著影响。
在磁场作用下,纯铝的凝固速度明显增加,晶粒尺寸明显减小。
此外,脉冲磁场还能够促进纯铝的凝固过程中的偏析行为,并改善样品的致密性和力学性能。
1. 凝固速度的增加:脉冲磁场的作用能够加速纯铝的凝固速度。
磁场作用下,液态纯铝中的金属离子受到磁力的作用,产生加速运动的趋势。
这种加速运动使得纯铝的凝固速度明显增加,从而导致凝固组织的变化。
2. 晶粒尺寸的减小:在新型脉冲磁场的作用下,纯铝的晶粒尺寸明显减小。
脉冲磁场能够影响纯铝凝固过程中的晶核形成和晶体生长。
磁场作用下,晶核形成过程受到磁场力的影响,晶体生长过程中也受到磁场力的制约。
这导致纯铝的晶粒尺寸减小,晶界数量增加,从而改变了凝固组织的结构。
3. 偏析行为的改善:脉冲磁场作用下,纯铝凝固过程中的偏析行为得到改善。
磁场能够通过磁效应降低纯铝中的偏析元素含量,提高样品的均匀性。
这对于提高纯铝的力学性能和热物性具有重要意义。
三、机理分析新型脉冲磁场对纯铝凝固组织的影响主要归因于以下几个方面:1. 磁效应:脉冲磁场作用下,纯铝中的偏析元素受到磁场力的影响而得到降低,从而改善了偏析行为。
2. 磁场力:磁场作用下,液态纯铝中的金属离子受到磁力的作用,产生加速运动的趋势,从而加快了凝固速度。
电磁场辅助下金属材料变形控制实验一、引言电磁场辅助下金属材料变形控制是一个具有重要理论和实际应用价值的研究领域。
随着现代工业的发展,对金属材料的性能和加工精度要求越来越高。
传统的金属材料变形控制方法在某些方面存在局限性,而电磁场辅助技术为解决这些问题提供了新的途径。
二、电磁场辅助下金属材料变形的理论基础1. 电磁场与金属材料的相互作用电磁场对金属材料的作用主要体现在电磁力的产生上。
当金属材料处于电磁场中时,会受到电磁力的作用。
这种电磁力可以改变金属材料内部的应力分布,从而影响其变形行为。
电磁力的大小和方向取决于电磁场的强度、方向以及金属材料的电磁特性。
2. 金属材料的变形机制金属材料的变形机制主要包括位错运动、孪生变形和扩散蠕变等。
在电磁场辅助下,这些变形机制会受到不同程度的影响。
例如,电磁场可以促进位错的运动,降低位错运动的阻力,从而使金属材料更容易发生变形。
同时,电磁场也可以影响孪生变形的发生和发展,改变孪生变形的方向和程度。
三、实验设计与装置1. 实验材料的选择选择合适的金属材料是实验成功的关键。
在本实验中,选择了几种具有代表性的金属材料,如铝合金、铜合金和钢铁等。
这些金属材料在工业中具有广泛的应用,并且其电磁特性和变形行为具有一定的差异,便于研究电磁场对不同金属材料变形的影响。
2. 电磁场发生装置设计并搭建了一套电磁场发生装置。
该装置能够产生不同强度和频率的电磁场。
通过调节电磁场发生装置的参数,可以精确控制电磁场的强度和频率,从而研究电磁场强度和频率对金属材料变形的影响。
3. 变形测量装置为了准确测量金属材料在电磁场辅助下的变形情况,采用了高精度的变形测量装置。
该装置能够实时测量金属材料的应变、位移等变形参数,为研究金属材料的变形行为提供了准确的数据支持。
四、实验过程与结果分析1. 不同电磁场强度下金属材料的变形在实验中,首先研究了不同电磁场强度对金属材料变形的影响。
结果表明,随着电磁场强度的增加,金属材料的变形量逐渐增大。
铝合金电磁场热处理工艺及理论研究摘要:当前由于铝合金强度高、耐蚀性好、易加工的特点,使其在航空航天、船舶交通、机械制造等领域发挥着重要的作用。
结合铝合金的实际使用环境以及自身的特性,对其实际应用环节中的热处理问题,更应加以重视。
当前对于铝合金电磁场热处理工艺发展的研究,其主要的深入角度定立在铝合金内部的各类元素之中。
关键词:铝合金;电磁场;热处理;工艺引言现阶段对于凝固条件的研究,主要通过使用外加电磁场的方式予以进行,也就是说电磁可以一定程度上影响铝合金的凝固条件。
由于电磁可以影响铝合金自身的微观结构组织,并以此为基础来改变铝合金内部的力学性能。
通过铝合金热处理技术的应用,可以大大的增强铝合金自身的机械性能,使其抗拉强度和屈服强度都有不同幅度的提升。
1铝合金的相关概述1.1铝合金的含义铝合金是以铝为主要元素的一类合金的总称。
主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰,次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。
铝合金密度低,但强度比较高,接近或超过优质钢,塑性好,可加工成各种型材,具有优良的导电性、导热性和抗蚀性,工业上广泛使用,使用量仅次于钢。
1.2铝合金的一般性能1.2.1强度高铝及铝合金的强度高。
经过一定程度的冷加工可强化其强度,部分牌号的铝合金还可以通过热处理进行强化处理。
铝合金强度高的性能,使其在工业建筑中承担着重要的角色,可以承受较大强度的载力和负荷力,相比起钢等普通金属材料,铝合金密度小、比强度高,如应用在汽车、航空航天领域,可大大减轻其自身载荷,提高经济性,在使用的过程中更为广泛,适应性更强。
1.2.2耐蚀性好铝的表面易自然生产一层致密牢固的Al2O3保护膜,能很好的保护基体不受腐蚀。
这一点是铝不同于其他金属材质的重要特性,也是铝合金所固有的优势特性。
由于铝合金自身不易产生氧化反应,且通过阳极氧化等方法可进一步提高铝合金的耐蚀性,因此广泛应用于食品包装、船舶制造等行业。
1.2.3易加工铝合金易于加工成型,可通过铸造、锻造、压延等工艺得到多种尺寸规格的铸锻件、板材等原材料,再经过挤压、冲压、焊接、铣削等方法生产出各类用途的产品,最终还可通过阳极氧化、表面拉丝、喷涂、抛光等手段改善产品表面质量和抗蚀性,并赋予其光亮的金属本色或其他各种色彩,提高产品的美观性和品质感,因此各类铝合金产品深受市场和消费者喜爱。
旋转电磁场作用下金属凝固补缩机理探讨
王晓东;李廷举;金俊泽
【期刊名称】《材料工程》
【年(卷),期】2001(000)011
【摘要】研究了金属熔体在旋转电磁场作用下的凝固过程.据金属凝固理论和磁流体力学分析,电磁搅拌力引起的动量对流对补缩的促进作用并不大.旋转电磁场阻碍中心疏松、缩孔形成的机制为:电磁力引起的动量对流增强了熔体的热、质传输过程,使熔体温度分布更趋均匀,温度梯度减小,使心部熔体的固相率更趋一致且在短时内增至特征固相分数,且凝固末期熔体的凝固速率增大,使心部熔体在短时内凝固,从而避免了中心疏松、缩孔的形成.
【总页数】4页(P3-5,12)
【作者】王晓东;李廷举;金俊泽
【作者单位】大连理工大学,;大连理工大学,;大连理工大学,
【正文语种】中文
【中图分类】TG21+4
【相关文献】
1.电磁场作用下的金属凝固与成形 [J], 贺幼良;杨院生;胡壮麒
2.铝及铝合金电磁连铸轧新技术——电磁场对金属凝固的作用机理 [J], 毛大恒
3.低强度瞬态电磁场作用下电穿孔机理探讨 [J], 杨艳芹;谢菊芳;夏利霞;侯义峰;肖磊
4.铸造合金凝固过程补缩机理的探讨 [J], 李玉海;郭广思
5.铸造合金凝固过程补缩机理的探讨及其应用 [J], 朱丽娟;王冬;张鸿剑;李玉海;郭广思;董秀琦
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直流磁场作用下Al-18Si合金的凝固行为
王艳;边秀房;徐昌业;刘相法
【期刊名称】《金属学报》
【年(卷),期】2000(36)2
【摘要】研究了在单独场源-直流磁场作用下,Al-18Si(质量分数,%)合金定向凝固时形成富Si特殊表面的现象;直流磁场力对熔体无搅拌作用,其磁感应强度为0.24T左右时,开始出现Si的宏观偏析现象,且偏聚层厚度随磁感应强度的增大而增加;探讨了稳恒直流磁场对此合金微观组织形成规律的影响机理。
【总页数】3页(P159-161)
【关键词】直流磁场;宏观偏析;凝固;铝硅合金
【作者】王艳;边秀房;徐昌业;刘相法
【作者单位】山东工业大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.21;TG292
【相关文献】
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2.电磁场作用下铝及其合金的凝固结晶行为 [J], 严珩志;钟掘;毛大恒;赵啸林
3.ZA27合金在直流电流作用下的凝固行为 [J], 王劲;尹建军;丁雨田;衣冠玉;许广
济
4.静磁场复合直流电流作用下Al-Zn合金凝固时的相迁移 [J], 阳祥富;钟云波;傅小明;王江;任忠鸣;黄靖文;雷作胜
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电磁场作用下铝合金凝固理论基础研
究共3篇
电磁场作用下铝合金凝固理论基础研究1
随着现代工业的快速发展,铝合金作为一种轻质高强度的金属材料,被广泛应用于航空、汽车等领域。
在铝合金制造过程中,凝固是一个非常关键的过程。
研究凝固过程中的物理现象和机理,对于优化铝合金制造工艺具有重要意义。
本文将从电磁场的角度入手,探讨电磁场作用下铝合金凝固理论基础的研究。
电磁场在铝合金凝固过程中的作用是十分重要的。
凝固过程中,熔体与固体之间的相互作用很复杂,包含了热传递、质量传递和电磁场效应等多方面的因素。
其中,电磁场对于凝固过程中的熔体流动、固相晶粒生长以及夹杂物的漂移等方面产生了显著的影响。
研究发现,电磁场对于凝固熔体的流动有着明显的推动作用。
熔体中的电流在电磁场的作用下会受到力的作用,从而产生了强烈的涡流。
这些涡流将会产生额外的摩擦力,从而推动熔体的流动。
此外,电磁场的作用也会引起凝固界面的波动,从而影响熔体在固相晶粒中的分配。
这些影响因素都会对铝合金的凝固过程带来显著的影响。
另外,电磁场对于铝合金凝固中夹杂物的漂移以及固相晶粒的尺寸也有着一定的影响。
铝合金中夹杂物的存在会降低材料的力学性能,因此夹杂物在凝固过程中的漂移是十分重要的。
电
磁场能够产生电磁力,这种力的作用下可以推动夹杂物的运动。
此外,电磁场作用下固相晶粒的尺寸也会发生改变。
这是因为电磁场会影响液态熔体的流动,从而影响晶粒生长的速率和方向。
综上所述,电磁场作用下铝合金凝固理论基础的研究具有很大的意义。
在铝合金制造过程中,电磁场的作用不可避免,研究这些作用机理,对于优化制造工艺、提高铝合金材料的性能都有着非常重要的意义。
未来,还需要进一步深入研究电磁场在凝固过程中的作用机理,探究电磁场对于铝合金材料力学性能等方面的影响,以便更好地优化制造工艺,提高铝合金材料的品质
综上所述,电磁场在铝合金凝固过程中的作用是复杂的,但其对材料性能的影响是显著的。
研究电磁场的作用机理以及对夹杂物漂移、晶粒尺寸等方面的影响,对于优化制造工艺、提高铝合金材料的性能都有着重要意义。
未来需要进一步深入研究电磁场的影响机理,为铝合金材料的制造提供更科学、更高效的方法
电磁场作用下铝合金凝固理论基础研究2
电磁场作用下铝合金凝固理论基础研究
铝合金作为一种广泛应用于日常生活中的金属材料,其性能对于制造业和航空航天业等领域至关重要。
因此,对于铝合金凝固过程的研究也越来越受到广泛的关注。
在铝合金凝固过程中,电磁场作用下对铝合金的影响也是一项重要的研究领域。
首先,我们将介绍铝合金凝固的基本原理。
铝合金凝固的过程可以被视为一种相变过程。
当铝合金的温度下降到固相温度时,液态铝合金会发生凝固。
在铝合金液态状态时,铝原子呈现出无序状态。
当铝合金凝固时,铝原子会逐渐排列成高度有序的结晶体。
然而,在铝合金凝固的过程中,有一个问题是铝合金液态与固态的状态在温度上存在一定的重合区间,这使得液态铝合金在凝固的过程中会产生固态铝颗粒的夹杂物。
这些夹杂物对铝合金的强度和塑性性能产生很大的影响。
因此,针对这个问题,许多研究者提出了很多解决方案。
其中最常见的方案之一就是利用电磁场来调控铝合金的凝固过程。
电磁场作用下的铝合金凝固在凝固速率方面会产生一些独特的现象,这些现象可以被用于控制铝合金的凝固过程,从而减少夹杂物的产生。
那么,电磁场对于铝合金凝固过程的影响到底是什么呢?电磁场的作用主要表现为下列两种方式:
1. 电磁体实现了铝合金内部的液态搅拌,这会促进铝原子分
布更为均匀,从而减少夹杂物的产生。
2. 电磁场的作用能够引起铝合金内部的局部变形和流动,这
在一定程度上可以促进铝合金晶体生长,同时调整铝合金的晶取向性。
在实验中,许多研究者证实了电磁场对于铝合金凝固过程的影响。
在这些实验中,研究者们通过改变电磁场的频率、强度和施加的方向等参数,对铝合金凝固过程中的凝固速率以及晶体生长方向进行了控制。
最后,电磁场对于铝合金凝固的调控还有待进一步的研究和探究。
未来,我们可以通过利用现代科技手段对铝合金凝固过程进行实时观测和控制,对电磁场的作用机制进行更为深入的理论研究和实验探究,进一步发展电磁场在铝合金凝固领域中的应用
综上所述,电磁场对于铝合金凝固过程产生重要的影响,能够通过搅拌和调整晶取向等方式减少夹杂物的产生,提高合金的塑性性能。
未来,有望通过更深入的理论研究和实验探究,进一步推进电磁场在铝合金凝固领域中的应用,并带来更多更为可靠的解决方案
电磁场作用下铝合金凝固理论基础研究3
电磁场作用下铝合金凝固理论基础研究
导言
铝及其合金广泛应用于航空航天、交通运输、建筑装饰、电力电子和军事等领域,特别是在航空航天和汽车工业中得到广泛应用。
铝合金的成型工艺包括铸造、锻造、挤压、轧制、拉伸等多种方式,其中铸造是摆脱几何限制,修复外形的方法。
电磁力是控制铝合金铸造过程中唯一的非接触力,并可以通过改变铝液界面引发的表面化学反应,通过引入新元素直接影响合
金的化合物相结构和性能。
因此,电磁场对于铝合金铸造的凝固行为以及合金的性能和结构具有重要意义。
本文将介绍电磁体现在铝合金凝固过程中的作用原理以及相关的数学模型。
铝合金的凝固过程
铝合金是由铝和一个或多个稀有金属或非金属组成的合金,其凝固特性与纯铝不同。
由于合金中的成分不同,其凝固温度和凝固方式也会有所不同。
铝合金凝固一般可分为两种情况:液态凝固和固态转变。
液态凝固是指从液态到固态的过程,由于固态结构要求原子排列有序排列,因此液态合金中的原子将随着温度的下降不断互相吸引靠近,以形成原子间的相对稳定的结构,从而形成晶体。
当晶体不断增加时,树凭继续在液态合金中扩展,最终使整个铝合金凝固形成。
而固态转变是指晶体内部的结构发生变化,一般可分为连续型固态转变和不连续型固态转变两种情况。
电磁场对铝合金凝固过程的影响
电磁场是控制铝合金凝固的重要条件之一。
电磁场旨在通过改变内部的液态金属流动方式来影响铝合金铸造过程中的凝固特性。
在铝液固化前,电磁力经常被用来破坏铝合金中的固态化前的外壳凝固,以防止铝合金的局部漏洞。
同时,由于磁密及其方向变化,液态合金受到电磁力作用的方向也将发生变化,从而在结构上发生变化并导致空位和缺陷的形成。
此外,还可以提高铝合金固化的速率,减少成分偏脱,使铸件的性能得到了显著的改善。
铝合金凝固过程中的数学模型
铝合金凝固过程中的数学模型目前有许多研究,其中大部分是基于传热和传质原理以及银(Al)凝固过程中的铸液介质热力学相平衡的宏观模型。
虽然这些模型在定量预测铝合金铸造过程的凝固特性中取得了一定的成功,但它们的缺点在于它们无法考虑到电磁场做出的影响。
因此,研究一个包括电磁效应的先进数学模型具有重要意义。
结论
在铝合金铸造的过程中,电磁场可以有效地控制铝液的流动,并通过内部流动方式的变化影响凝固行为,进而改善铝合金的性能和结构。
未来的工作将集中在设计一个可靠的数学模型,以便更好地描述铝合金的凝固行为及其与电磁场之间的相互作用。
此外,还需要加强对铝合金的化学成分、微结构和性能之间关系的研究,进一步深化对铝合金凝固理论基础的理解
综上所述,电磁场在铝合金铸造过程中具有重要作用,能够控制铝液流动、影响凝固行为、改善合金性能和结构。
未来需要进一步研究铝合金凝固行为与电磁场之间的相互作用,并设计可靠的数学模型,以更好地描述铝合金凝固行为。
同时,需要加强对铝合金化学成分、微结构和性能之间关系的研究,深化铝合金凝固理论基础的理解,推动铝合金铸造技术的发展和改进。