论文部分内容阅读
宏观偏析是铝合金DC铸造过程中一种常见且带来严重危害的缺陷。这种缺陷是一种不可逆的缺陷,并且将一直存留在铸锭后续产品中,造成性能差异而且影响终产品的质量。因此如何控制DC铸造过程中宏观偏析,对提高铝合金产品的质量和生产率有着重要的意义。本文以Al-4.5%Cu合金为研究对象。创建了适合描述DC铸造和低频电磁铸造(LFEC)过程中多物理场(流场,温度场和溶质场)的相互作用的数学模型,该模型很好地描述了在铸造过程中电磁场、熔体流动、热量传输、合金凝固和溶质元素传递及宏观偏析,并且在商业有限元软件ANSYS和CFD软件FLUENT中得到了实现。利用这个数学模型模拟了φD200mm Al-4.5%Cu合金铸锭DC和LFEC过程,并且模拟获得的电磁感应强度,铸造过程的冷却曲线和铸锭中Cu元素的分布与测量的结果进行了比较,结果发现两者吻合很好。通过对DC铸锭和LFEC铸锭的组织观察,结果发现组织是由铝基体和α-Al与θ相(A12Cu)构成的共晶组织组成。施加低频电磁场并没有改变铸锭的凝固组织,但是细化了α-Al和θ相(A12Cu)的共晶组织且使其分布更加均匀。本文通过数值模拟从凝固收缩,浮游晶和强迫对流三方面详细研究模型参数,铸造工艺和电磁场对铸锭宏观偏析的影响规律,其规律为：临界固相率和渗透率增加,铸锭中宏观偏析程度加重；铸造速度减小,冷却强度增加和浇注温度降低,铸锭中的宏观偏析减弱；施加电磁场,铸锭的中心负偏析减弱,近表面偏析加重；电磁场频率增加,铸锭中心负偏析不变,近表面偏析加重；电磁场强度增加,铸锭中心负偏析和近表面偏析均减小。通过本文的研究可知,降低铸造速度,增加冷却强度,降低浇注温度和低频高强电磁场的施加均会减弱铸锭的宏观偏析,为实际生产提供理论依据与技术支持。