电磁场对AZ31B镁合金铸轧影响的研究

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镁及镁合金密度小,资源丰富并具有良好的综合性能,广泛应用于在交通运输、3C电子、航空航天以及国防军事等领域,被誉为“21世纪的绿色工程结构材料”。在冶金及材料领域中,铸轧技术将连续铸造、轧制等工艺连为一体,制备出近终形的薄带,可以经过在线轧制后一次性形成工业成品。将铸轧应用于镁合金的制备中,已成为国内外的前沿热门课题。本文在实验室铸轧机上进行了一系列镁合金铸轧实验,建立了有限元模型,对电磁铸轧镁合金进行了仿真分析,并且对铸轧板材组织和力学性能进行了研究,探讨电磁场对镁合金双辊铸轧的影响。本文的主要研究工作如下:(1)根据实验用电磁场实际参数,建立了电磁场二维模型,对电磁铸轧中电磁场进行了仿真分析,得到了在电磁导引装置上下盖板空间上的磁力分布。(2)根据实际铸轧过程,建立了电磁铸轧温度场仿真模型,得到了铸嘴型腔中电磁力的分布情况,奠定分析模型基础。(3)对铸轧过程的温度场、流场进行了对比仿真分析。结果表明,由于洛仑兹力对镁熔体流动的影响,熔体在流动过程中与壁面之间的换热增强,出口温度相对减小,同时使得铸轧区熔体凝固部位扩大,使得铸轧中心部位成为主要换热部位,从而减小铸轧板材在板宽方向上中心与边部的温度梯度。在仿真结果的基础上,进行了AZ31B镁合金铸轧实验,当镁合金熔炼温度为700-710℃,前箱的预热温度控制在500-520℃,冷却水的压力为0.6MPa,液面高度为高出铸轧中心线5mm,铸轧速度为2.3~3.5m/min时,铸轧过程顺利进行,得到表面、内部及边部质量均较好的镁合金带坯。对铸轧实验所得的镁合金板材进行了组织和力学性能分析,结果表明:普通铸轧的AZ31B镁合金板,枝晶网胞发达,晶粒尺寸处于50-100μm之间,平均晶粒尺寸(直径)约65-75 gm。电磁场铸轧的镁合金板,枝晶网胞明显退化,枝晶被打断破碎,组织更加均匀,平均晶粒尺寸约为30-45μm。电磁铸轧可以提高铸轧板材的力学性能,抗拉强度σb平均值、屈服强度σ0.2平均值,分别提高了6.6%和31.15%。延伸率平均值增长了25.93%。
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