目前,全球航空航天和軌道交通產業(yè)正處于高速發(fā)展階段,需要大量高性能材料為其保駕護航。在眾多高性能材料之中,大規(guī)格高強韌鋁合金占據(jù)著舉足輕重的地位。航空航天和軌道交通用高強韌鋁合金通常為變形件,因此其性能一方面取決于變形工藝,另一方面也取決于變形加工的基礎——鑄錠。但是,隨著鑄錠規(guī)格的增大,組織粗大、不均勻以及宏觀偏析等問題愈發(fā)嚴重,極大地削弱了材料的服役性能。傳統(tǒng)電磁攪拌法通常施加于熔體外部,由于交變電磁場存在集膚效應,因此只能解決較小規(guī)格鑄錠中存在的這些問題,對直徑超過600mm的鑄錠的攪拌效果則大打折扣。為此,本文發(fā)明了在熔體內部施加兼具冷卻功能的電磁攪拌新方法——內置電磁攪拌,開展了內置電磁攪拌半連續(xù)鑄造制備大規(guī)格高強韌鋁合金鑄錠的數(shù)值模擬和實驗研究,具體的研究內容和研究結果如下:（1）建立了溫度場、速度場和電磁場相耦合的內置電磁攪拌半連續(xù)鑄造數(shù)學模型,通過數(shù)值模擬考察了內置電磁攪拌產生磁場的基本規(guī)律,驗證了內置電磁攪拌法的可行性和高效性,探究了半連續(xù)鑄造過程中內置電磁攪拌的電流頻率、中心冷卻位置和冷卻強度對熔體速度場和溫度場的影響,確定了較為適宜的半連續(xù)鑄造和內置電磁攪拌工藝參... 

【文章來源】：北京有色金屬研究總院北京市

【文章頁數(shù)】：150 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．丨早期鑄造技術丨８Ｉ〗：?（ａ）ＺＵｂｌｉｎ技術，（ｂ）傾斜澆注技術，（ｃ）浸沒結晶器技術??（一）Ｊｕｎｇｈａｎｓ鑄造技術??在２０世紀３０年代，ＪｕｎｇｈａｉＷ８２ｌ將水冷結晶器應用于制備鑄錠，并且在鑄造過程??

?＼ｍ＾???⑷?（ｂ）?（Ｃ）?’圍＾畫??睛—量??ＭｏｋＪ?ｍ?ａｎ?ｉｎｔｅｒｍｅｄｔａｔｅ???打’＾??ｄｕｒｉｎｇ?ｃａｓｔｉｎｇ??圖１．丨早期鑄造技術丨８Ｉ〗：?（ａ）ＺＵｂｌｉｎ技術，（ｂ）傾斜澆注技術，（ｃ）浸沒結晶器技術??（一）Ｊｕｎｇｈａｎｓ鑄造技術??在２０世紀３０年代，ＪｕｎｇｈａｉＷ８２ｌ將水冷結晶器應用于制備鑄錠，并且在鑄造過程??中對結晶器潤滑，同時使其上下振動以防止鑄錠與結晶器壁之間發(fā)生粘連，如圖１．２??所示。相較于金屬型鑄造，Ｊｕｎｇｈａｎｓ鑄造法提高了生產的自動化程度，而且工藝穩(wěn)定，??因此提高了生產效率。但是結晶器壁的散熱能力有限，心部熔體的熱量無法有效地向??外傳導，因此液穴較深和徑向上溫度梯度過大等問題始終未能解決，組織不均勻和宏??觀偏析嚴重等現(xiàn)象在較大規(guī)格鑄錠中始終存在［８｜］。??Ｈｏｌｄｉｎｇ?ｔｕｍａｃｅ??Ｍｅｌｔ、｜?ｊ?ｃｈａｒｎｅｌ??Ｗａｔｅｒ－Ｓｌ｜ｌ?Ｊｊ??Ｓｏｌｉｄ?ｂｉｌｌｅｔ?，?？??Ｗｉｔｈｄｒａｗａｌ??？下??圖１．２?Ｊｕｎｇｈａｎｓ鑄造技術不意圖＊１］??－６?－??

?＼＿ｍ＾???（三）熱頂鑄造技術??隨著研究的深入，學者們發(fā)現(xiàn)當鑄造液位過高時，熱應力較大、過渡區(qū)較寬、氣??隙和拉漏的風險較大［８１］。為了降低液位高度，雷諾金屬公司的ＭｏｒｉｔｚｔＭ在１９５８年提??出了利用絕熱材料隔離開結晶器上部的熔體，通過調節(jié)絕熱材料的插入深度來控制結??晶器的有效高度，如圖１．４?（ａ）所示。在此基礎上，英國鋁業(yè)的ＦｕｍｅＳＳ［８８］在１９７３年??將耐火材料應用于結晶器上方的熔體盛放裝置之中，并將之命名為“熱頂”，如圖１．４??（ｂ）所示。自此，熱頂半連續(xù)鑄造技術登上了鑄錠制備的歷史舞臺并一直沿用至今。??Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ?ｈｏｔ?ｔｏｐ??（ａ）?（ｂ）丨■?＞＞７、、?］??Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ?ｉｒｔｓｅｒｔ?＾ＶＸａ／??ａＬｉ?ｉｉ?－＿ｃ＿ＭｅＫ?參＇?＝??圖１．４不同熱頂鑄造技術丨８｜ｌ：?（ａ）?Ｍｏｒｉｔｚ技術；（ｂ）?Ｆｕｒｎｅｓｓ技術??（四）氣滑鑄造技術??１９７７年，ＭｉｔａｍｍＷ８９＾！出在結晶器壁通入由氣體和潤滑油組成的混合物來控制??結晶器內熱量的傳遞。１９８５年，瓦格斯塔夫公司將其改進為“氣滑”結晶器，如圖??１．５所示，其原理是由氣體和潤滑油組成的混合物通過多孔石墨環(huán)進入結晶器內表面，??既可以起到潤滑的作用，也可以改善結晶器與鑄錠之間的熱量傳遞，進而可顯著提高??鑄錠的表面質量。張文靜等采用氣滑鑄造技術，制備出了組織細孝凝殼較雹表??面質量良好的２０２４鋁合金鑄錠。Ｙｕ等［９２］利用熱阻理論建立了氣滑結晶器的傳熱模??型，探究了石墨環(huán)與水冷結晶器壁之間的接觸熱阻對結晶器內傳熱及溫度分布的影響，??提出了氣滑結晶器結構設計的

【參考文獻】：
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本文編號：3343994