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1、周子涵、曹曙光、劉志鋒組員半固態(tài)漿料的制備方法—電磁攪拌法12345基本概念技術原理優(yōu)點與不足發(fā)展趨勢與展望半固態(tài)加工基本流程1.半固態(tài)加工基本流程圖半固態(tài)坯料制備二次加熱觸變成形合金原料設計、配制加熱、熔煉攪拌(機械或電磁等)半固態(tài)漿料流變壓鑄成形其他流變成形部件毛坯流變成形觸變成形2.基本概念01金屬半固態(tài)漿料或坯料的制備是半固態(tài)成形加工的基礎，目前半固態(tài)漿料或坯料的制備方法很多，但常用的方法主要是電磁攪拌法和機械攪拌法，其中電磁攪拌法占主導地位。金屬半固態(tài)的制備方法電磁攪拌法(Electromag
2、neticStirringMethod,簡稱EMS)是利用感應線圈產(chǎn)生的平行于或者垂直于鑄形方向的強磁場對處于液－固相線之間的金屬液形成強烈的攪拌作用，產(chǎn)生劇烈的流動，使金屬凝固析出的枝晶充分破碎并球化，進行半固態(tài)漿料或坯料的制備。02電磁攪拌法制備半固態(tài)漿料的技術概述電磁攪拌是工業(yè)制備鋁合金半固態(tài)坯料的主要工藝方法，與連鑄相結(jié)合進行高效率坯料連續(xù)制備。ESM法不污染金屬液，金屬漿料純凈，不卷入氣體，可以連續(xù)生產(chǎn)流變漿料或連鑄錠坯，產(chǎn)量可以很大。影響電磁攪拌效果的因素有攪拌功率、攪拌時間、冷卻速度、金屬
3、液溫度、澆注速度等。由于加工過程的局限性，通常認為，直徑大于150mm(6英寸)的鑄坯不宜采用電磁攪拌法生產(chǎn)。1．攪拌線圈2、4．絕緣層3．中頻感應加熱線圈5．隔熱層6．塞棒7．坩堝半固態(tài)漿料制備機結(jié)構(gòu)原理示意圖3.技術原理電磁攪拌法的原理是在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，使熔融金屬液在容器內(nèi)作渦流運動。電磁攪拌法之所以能夠作為半固態(tài)漿料的主流制備方法就是利用了電磁力產(chǎn)生的金屬液的強迫流動來影響和控制凝固過程。金屬熔體所受的電磁力F與金屬熔體的感應電流密度I和旋轉(zhuǎn)磁場的磁感應強度B有如下的關系：F=I×B式中:F一
4、金屬熔體所受的電磁力；I—金屬熔體的感應電流密度；B—旋轉(zhuǎn)磁場的磁感應強度。金屬熔體的感應電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—金屬熔體的感應電流密度；n—旋轉(zhuǎn)磁場相對于金屬熔體的運動速度；B—旋轉(zhuǎn)磁場的磁感應強度；λ—金屬熔體的電導率。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0取決于線圈的極對數(shù)p和電源頻率f1。根據(jù)電機原理可知，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速可以按下式計算：可見，電源頻率越高，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速越高，相應地金屬熔體的攪拌速度也越高。極對數(shù)越小，轉(zhuǎn)速也越高。此外，極對數(shù)還影響磁力線在
5、熔體內(nèi)的分布。極對數(shù)越大，磁力線越向熔體表面集聚，心部的磁力線愈加稀疏。所以。為了提高攪拌均勻性，一般都選用2級線圈制作攪拌器。金屬熔體的實際轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速是有差異的。這種差異的大小用轉(zhuǎn)差率描述，即式中n為金屬熔體的實際轉(zhuǎn)速。線圈與熔體之間的距離越大，轉(zhuǎn)差率也越大。由此可見，影響金屬熔體攪拌強度的主要因素有旋轉(zhuǎn)磁場的磁感應強度、旋轉(zhuǎn)磁場與金屬熔體的相對速度、金屬熔體電導率。提高攪拌效果的關鍵是提高熔體內(nèi)的有效攪拌轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。電磁攪拌功率隨著攪拌功率的提高，初生α-Al由枝晶向球狀晶過渡，并逐步變得
6、理想。AlSi6Cu3Mg合金電磁攪拌組織電磁攪拌連鑄速度（a）3mm/s（b）3mm/s（c）4mm/s（d）5mm/s攪拌頻率200Hz，攪拌功率(a)0.5Kw(b)1.0Kw(c)2.0Kw電磁攪拌功率對半固態(tài)AZ91D鎂合金顯微組織的影響電源頻率對半固態(tài)AZ91D鎂合金組織的影響攪拌功率2kW，頻率(a)20Hz(b)30Hz(c)50Hz(d)150Hz電磁攪拌有如下的突出優(yōu)點：①不接觸性：電磁攪拌法制備半固態(tài)漿料利用電磁感應原理實現(xiàn)了不與金屬熔體直接接觸而使金屬熔體發(fā)生強烈對流，進而實現(xiàn)非
7、枝晶凝固。這種不接觸性不僅避免了攪拌棒的損耗，而且避免了金屬熔體的二次污染。②便于控制、操作靈活。通過控制影響感應磁場強度的電參數(shù)?？梢苑奖愕乜刂平饘偃垠w的流動狀態(tài)和半固態(tài)漿料的質(zhì)量。③技術成熟：電磁攪拌是目前工業(yè)上進行凝固控制的通用手段，在熔體處理、連鑄和壓鑄等工業(yè)領域已經(jīng)大量應用并積累了豐富的經(jīng)驗。4.優(yōu)點與不足電磁攪拌的不足之處：1、熔體溫度的控制；高熔點合金溫度調(diào)節(jié)靈敏度低，需使用感應加熱等內(nèi)熱加熱方式。對策：采用具有自動控制功能的感應加熱系統(tǒng)。2、有效力矩?。桓呷埸c合金容器壁厚大效率低，攪拌力
8、矩低等問題。對策：對攪拌線圈及其控制系統(tǒng)進行專門設計。3、加熱與攪拌之間的干擾;由于要同時使用感應加熱和電磁攪拌，且兩者功率都很大。會產(chǎn)生干擾。對策：加熱與攪拌統(tǒng)籌設計。5.發(fā)展趨勢與展望電磁攪拌過程中流場與熱場難以在實際生產(chǎn)過程中得到檢測；趨勢一電磁攪拌如何影響成分偏析、氣泡分布及樹枝晶生長過程是未來工藝研究所要關注的重要問題；趨勢二目前，結(jié)晶器、凝固末端電磁攪拌存在使用簡單化、缺乏深入系統(tǒng)的研究等問題；趨勢三趨勢四多模式電磁攪拌涉及到的
