双流低频电磁半连续铸造7075铝合金的工艺研究

论文摘要

本研究是工业项目“铝合金多流电磁连铸技术”的基础研究,主要考察双流铸造时,线圈和电流设置,铸造的工艺参数及电磁场参数对7075铝合金铸态组织的影响,铸造工艺参数及结晶器与保温帽结构对铸锭表面质量的影响,为该技术的工业化生产提供技术支撑。首先建立双流低频电磁半连续铸造过程的三维有限元模型。分别对电流方向、线圈距离、电流强度和电流频率对铸锭内部磁场分布的影响进行了数值模拟,结果表明,双流低频电磁半连续铸造条件下,相邻线圈电流方向为反向时,铸锭内磁场强于相邻线圈电流方向为同向的情况,增大线圈之间的距离△D时,铸锭远端和近端的磁感应强度的差值逐渐降低；无论电流方向是同向还是反向,同一铸锭的远端磁场强度要大于其近端磁场强度。研究了不同磁场条件对铸锭组织的影响,结果表明,在励磁电流频率为15Hz-25Hz的时候,铸锭组织中晶粒相对细小,随着电流的增大,晶粒变得更加细小。在相同条件下,线圈电流方向相反时的铸锭宏观组织略微好于线圈电流方向相同时的铸锭宏观组织。研究了不同保温帽与结晶器结构对铸锭的表面质量的影响。考察了不同的铸造速度、保温帽overhang（突出部位）大小、一冷强度及一冷与二冷的间距、overhang与石墨环组成的三角区处理对7075铝合金铸锭表面质量的影响,确定最优的保温帽和结晶器结构及可稳定制备出高表面质量铸锭的工艺参数：铸造速度为105-115mm/min、冷却水量为55-70L/min、4-6mm overhang的保温帽、石墨环下沿距二冷水见水点距离为23mm左右的结晶器、在overhang与石墨环组成的三角区涂抹适量滑石粉与椰子油的混合物。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 铝合金及其DC铸造工艺
• 1.2 电磁场在铝合金半连续铸造过程中的应用
• 1.2.1 铝合金半连续铸造过程中的EMC工艺
• 1.2.2 铝合金半连续铸造中的CREM工艺
• 1.2.3 铝合金水平电磁铸造技术
• 1.2.4 铝合金半连续铸造中的LFEC技术
• 1.3 多流电磁铸造技术
• 1.4 铝合金铸锭表面的主要缺陷及成因
• 1.4.1 偏析瘤
• 1.4.2 冷隔
• 1.4.3 拉裂和拉痕
• 1.4.4 皮下偏析层
• 1.5 铝合金半连续铸造过程的数值模拟技术
• 1.6 本文研究目的和主要内容
• 第2章 铝合金低频电磁铸造过程中电磁场的数值模拟
• 2.1 电磁场控制方程的表述
• 2.1.1 电磁场的基本模型
• 2.1.2 单连通域涡流区求解模型建立
• 2.1.3 多连通域涡流区求解模型建立
• 2.1.4 谐波磁场分析中磁感应强度及电磁平均力的求解
• 2.2 单流低频电磁铸造电磁场模拟
• 2.2.1 单流低频电磁铸造模型的建立
• 2.2.2 初始条件和边界条件
• 2.2.3 分析和讨论
• 2.3 双流频电磁铸造电磁场数值模拟
• 2.3.1 双流低频电磁铸造磁场模型的建立
• 2.3.2 初始条件和边界条件
• 2.3.3 分析和讨论
• 第3章 低频电磁铸造7075铝合金的实验设备与方案
• 3.1 实验材料
• 3.2 实验设备
• 3.3 实验工艺流程
• 3.4 实验方案
• 第4章 低频电磁铸造7075铝合金的实验结果与分析
• 4.1 电磁场对7075铝合金组织的影响
• 4.1.1 电流频率对铸锭内部质量的影响
• 4.1.2 电流强度对铸锭内部质量的影响
• 4.1.3 电流方向对铸锭内部质量的影响
• 4.2 工艺参数及设备对7075铝合金铸锭表面质量的影响
• 4.2.1 铸造速度对铸锭表面的影响
• 4.2.2 不同overhang大小对铸锭表面的影响
• 4.2.3 不同一冷强度和与二冷的的间距对铸锭表面的影响
• 4.2.4 结晶器三角区的不同处理对铸锭表面的影响
• 4.2.5 低频电磁铸造7075铝合金的最佳铸造工艺及设备
• 第5章 全文总结
• 参考文献
• 致谢