電磁攪拌法制備半固態(tài)漿料課件.ppt

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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(shù)原理優(yōu)點(diǎn)與不足發(fā)展趨勢(shì)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(shè)計(jì)、配制加熱、熔煉攪拌(機(jī)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(chǔ)，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(jī)械攪拌法，其中電磁攪拌法占主導(dǎo)地位。金屬半固態(tài)的制備方法電磁攪拌法(Electromag

2、neticStirringMethod,簡(jiǎn)稱EMS)是利用感應(yīng)線圈產(chǎn)生的平行于或者垂直于鑄形方向的強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)處于液－固相線之間的金屬液形成強(qiáng)烈的攪拌作用，產(chǎn)生劇烈的流動(dòng)，使金屬凝固析出的枝晶充分破碎并球化，進(jìn)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(shù)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(jìn)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(shí)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(rèn)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．?dāng)嚢杈€圈2、4．絕緣層3．中頻感應(yīng)加熱線圈5．隔熱層6．塞棒7．坩堝半固態(tài)漿料制備機(jī)結(jié)構(gòu)原理示意圖3.技術(shù)原理電磁攪拌法的原理是在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，使熔融金屬液在容器內(nèi)作渦流運(yùn)動(dòng)。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(qiáng)迫流動(dòng)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(yīng)電流密度I和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B有如下的關(guān)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(yīng)電流密度；B—旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。金屬熔體的感應(yīng)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(yīng)電流密度；n—旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于金屬熔體的運(yùn)動(dòng)速度；B—旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；λ—金屬熔體的電導(dǎo)率。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0取決于線圈的極對(duì)數(shù)p和電源頻率f1。根據(jù)電機(jī)原理可知，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速可以按下式計(jì)算：可見，電源頻率越高，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速越高，相應(yīng)地金屬熔體的攪拌速度也越高。極對(duì)數(shù)越小，轉(zhuǎn)速也越高。此外，極對(duì)數(shù)還影響磁力線在

5、熔體內(nèi)的分布。極對(duì)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(jí)線圈制作攪拌器。金屬熔體的實(shí)際轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(shí)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(qiáng)度的主要因素有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與金屬熔體的相對(duì)速度、金屬熔體電導(dǎo)率。提高攪拌效果的關(guān)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(duì)半固態(tài)AZ91D鎂合金顯微組織的影響電源頻率對(duì)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(diǎn)：①不接觸性：電磁攪拌法制備半固態(tài)漿料利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)了不與金屬熔體直接接觸而使金屬熔體發(fā)生強(qiáng)烈對(duì)流，進(jìn)而實(shí)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(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的電參數(shù)?？梢苑奖愕乜刂平饘偃垠w的流動(dòng)狀態(tài)和半固態(tài)漿料的質(zhì)量。③技術(shù)成熟：電磁攪拌是目前工業(yè)上進(jìn)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(lǐng)域已經(jīng)大量應(yīng)用并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。4.優(yōu)點(diǎn)與不足電磁攪拌的不足之處：1、熔體溫度的控制；高熔點(diǎn)合金溫度調(diào)節(jié)靈敏度低，需使用感應(yīng)加熱等內(nèi)熱加熱方式。對(duì)策：采用具有自動(dòng)控制功能的感應(yīng)加熱系統(tǒng)。2、有效力矩?。桓呷埸c(diǎn)合金容器壁厚大效率低，攪拌力

8、矩低等問題。對(duì)策：對(duì)攪拌線圈及其控制系統(tǒng)進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。3、加熱與攪拌之間的干擾;由于要同時(shí)使用感應(yīng)加熱和電磁攪拌，且兩者功率都很大。會(huì)產(chǎn)生干擾。對(duì)策：加熱與攪拌統(tǒng)籌設(shè)計(jì)。5.發(fā)展趨勢(shì)與展望電磁攪拌過程中流場(chǎng)與熱場(chǎng)難以在實(shí)際生產(chǎn)過程中得到檢測(cè)；趨勢(shì)一電磁攪拌如何影響成分偏析、氣泡分布及樹枝晶生長(zhǎng)過程是未來工藝研究所要關(guān)注的重要問題；趨勢(shì)二目前，結(jié)晶器、凝固末端電磁攪拌存在使用簡(jiǎn)單化、缺乏深入系統(tǒng)的研究等問題；趨勢(shì)三趨勢(shì)四多模式電磁攪拌涉及到的