【摘 要】
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镁是工业上最轻的金属材料,然而由于镁合金具有热强度低、凝固潜热和热容量小、液态成型能力差、热裂倾向大和凝固缩孔疏松等缺点,制备大规格高质量的锭坯已成为制约我国变形镁合金板带材发展的瓶颈问题之一。本课题作为国家重点基础研究发展规划资助项目(973)“高性能镁合金加工与制备中的关键基础问题”的一部分,采用ANSYS/Fluent有限元模拟软件,在分析了单一外场(超声场和电磁场)与分流方式对400mm×
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镁是工业上最轻的金属材料,然而由于镁合金具有热强度低、凝固潜热和热容量小、液态成型能力差、热裂倾向大和凝固缩孔疏松等缺点,制备大规格高质量的锭坯已成为制约我国变形镁合金板带材发展的瓶颈问题之一。本课题作为国家重点基础研究发展规划资助项目(973)“高性能镁合金加工与制备中的关键基础问题”的一部分,采用ANSYS/Fluent有限元模拟软件,在分析了单一外场(超声场和电磁场)与分流方式对400mm×1450mm特大规格AZ80镁合金扁锭半连铸过程温度场和流场影响的基础上,系统研究了超声-电磁组合场下包括分流方式、铸造速度、超声功率及电流强度对镁合金扁锭半连续铸造过程中温度场和流场的影响规律,获得以下主要结论:(1)通过减少分流槽大面中部的分流孔数量(分流槽B),在单一施加电磁场时可显著改善分流状况,显著降低宽向中心部位的液穴深度,降低宽向液穴深度差别,但单一施加超声时,则会使超声杆下方附近的液穴有所加深;(2)以B分流槽分流时,施加超声因声流作用在超声杆附近区域熔体的流动速度明显增加,流速最大值增加了 0.1m/s(达到了 0.35m/s),在形成铸造方向上的涡流,可显著改变局部温度场,其作用范围在宽度方向达到0.3m,厚度方向达到0.1m;施加电磁场形成的强制对流,其强度厚向明显大于宽向,特别是在大面中心部位和分流槽端部形成强对流,最终导致该部位凝壳厚度减薄,同时,施加电磁场消除了分流槽端部区域的水平涡流;(3)对超声-电磁半连续铸造研究表明,在LFEC铸造时进一步施加超声,B分流槽的分流没有明显变化,与LFEC铸造时相近,反之,施加电磁场能够缓解施加超声导致的超声杆下方附近的液穴加深程度;(4)超声-电磁半连续铸造过程中,在本研究速度范围内,增大速度可以降低大面中心冷却速率,增加宽度方向冷却差别,增加凝壳高度差,显著增加超声杆与分流槽端部之间液穴深度;超声功率由200W增加至1300W,使两相区均匀并减小,液穴曲率差别减小,曲率均匀,减小不同部位晶粒取向差别;电流强度由100A增至200A,使铸锭中心部位液穴增加,铸锭厚向对称面上凝壳厚度减薄,表明适当降低电流强度有利于提高铸锭质量。
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