论文摘要
金属半固态成形技术具有组织致密、夹气少，性能优异、且属于近终型成形，因此该技术在许多工业，尤其是在汽车工业具有广泛的应用前景。同时金属半固态成形技术又是一门跨传热学、流体力学，材料力学以及计算数学等多学科的材料加工制备的先进技术，因而具有较高的理论研究价值。铝合金半固态成形件由于具有重量轻，比强度高，且可回收利用的优点，因此是研究最为广泛的半固态成形金属材料之一。本研究的目的是通过计算机模拟来优化实验工艺参数，并结合实验研究找出电磁搅拌过程中流体的运动特征和规律。本文首先对电磁搅拌过程进行建模及电磁场和流速场的耦合模拟，得到了电磁场分布和流速场分布。从电磁场分布情况来看，电磁场的磁感线在靠近线圈附近的区域最密集。从熔体表面向里，磁感线密度越来越小。而磁感线密度跟磁场强度成正比，所以磁场强度从熔体表面向里逐渐减小。从流速场分布情况来看，在熔体内部竖直方向上存在两个高度相等的漩涡，该结果与电磁搅拌的原理及实验结果相一致，因此模拟出的结果切合实际。熔体内部流动速度最大值出现在熔体区域的右上角和右下角处，较大的流动速度只出现在几个节点处，其他大部分区域的流动速度都比较均衡，熔体内部的流动速度最小值出现在中心附近。模拟中分别分析了流速场随搅拌频率、电流密度、搅拌时间、搅拌温度和流体粘度改变而变化的基本规律。确定了实验仪器以及实验参数，将ZL107熔化，并分别采用不同的搅拌频率和功率进行电磁搅拌。观察几种搅拌工艺下所得到的材料的显微组织。在电磁力的作用下，熔体内部产生强烈的对流运动，枝晶被打断，晶粒间不断发生碰撞和摩擦，使晶粒变得圆整，组织致密，满足了半固态浆料的制备的要求。随着频率和功率的升高，搅拌电磁力增大，所得组织更加细密，颗粒更加圆整。