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铝合金熔体中施加电磁搅拌能明显的影响熔体的流动状态。但是,研究人员对半固态铝合金熔体流动的规律、温度场的分布情况以及铝合金熔体中溶质扩散的认识,还存在一些不足。而半固态铝合金凝固时的温度场、流场等对铝合金的最终坯料影响很大。以往的电磁搅拌工艺研究中,使用的电磁搅拌方法大部分是单向连续电磁搅拌,为了获得更好的传热、传质效果,在半固态铝合金浆料的制备过程中可以改变电磁搅拌方式。但是,传统的合金凝固理论或实验手段,还难以揭示不同电磁搅拌方式对半固态铝合金溶体流动及温度变化的影响。为此,本课题应用数值模拟技术,辅以实验手段,针对复杂的电磁搅拌条件下半固态铝合金熔体中温度场、流场的现象开展必要的研究。在电磁搅拌工艺制备高质量半固态A356铝合金过程中,主要对不同电磁频率、不同电流强度和不同电磁搅拌方式对半固态合金浆料质量的影响进行系统研究。通过改变电磁搅拌参数,控制电磁搅拌过程,提高合金熔体流动速率的同时均匀熔体内的温度场,使合金熔体处于最佳凝固环境;通过添加稀土和改变电磁搅拌方式,增加合金熔体中共晶反应,改变熔体流动速率,增加有效形核率,达到更好的电磁搅拌效果。本课题通过实验研究验证数值模拟的方法,系统研究了电磁搅拌工艺参数以及电磁搅拌方式对半固态A356铝合金电磁场、流场和温度场分布以及凝固组织的影响。采用数值模拟技术,建立磁场二维数值模型和流场三维数值模型,研究不同搅拌参数对磁感应强度、电磁力、半固态铝合金熔体最大流速的影响,以及对初生相形貌的影响。结果表明:由于集(皱)肤效应,合金熔体中的电磁力由内向外逐渐增强,磁感应强度随电磁频率的增大呈现出“中心小,边缘大”的特征,且在结晶器径向的0.8R-0.85 R处达到最大;在电磁搅拌频率25Hz、电流4A、搅拌时间12s时,熔体流速较其他搅拌参数最大;半固态A356铝合金在650℃浇铸后恒温电磁搅拌,在电磁搅拌参数为30Hz、4A时搅拌12s后,590℃保温10min,得到的初生相形貌最佳,此时的平均等积圆直径为80.6μm,平均形状因子为0.78。采用数值模拟技术,建立二维温度场模型,在不同电磁搅拌参数下熔体内受到的最大电磁力基础上,研究单向连续电磁搅拌、不同搅拌参数对半固态A356铝合金熔体中温度分布的影响以及对初生相形貌的影响。结果表明:当电流较小时,电磁频率逐渐增大温度差逐渐减小,且在4A、30Hz时温度差最小,此时温度差为0.826℃;当电流强度增大后,电磁频率逐渐增大温度差出现先减后增的趋势,且在5A、25Hz时温度差最小,此时温度差为0.837℃,在搅拌参数30Hz、4A下温度场最均匀,有利于晶粒细化。半固态A356铝合金在650℃浇铸后恒温电磁搅拌,在电磁搅拌参数为30Hz、4A时搅拌12s条件下得到的初生相形貌最佳,此时平均等积圆直径为73.5μm,平均形状因子为0.79。在相同搅拌参数下,研究不同搅拌方式对合金熔体流场的影响以及合金凝固组织的影响。数值模拟和实验研究结果表明:双向连续电磁搅拌(正转6s,反转6s)比单向连续电磁搅拌(正转12s)和双向间歇电磁搅拌(正转6s,停止1s,反转6s)效果更好;形成和完善了一种制备半固态铝合金浆料的新工艺及制备工艺参数,当铝合金熔体于650℃浇注到铸型中,在4A、30Hz,双向连续电磁搅拌12s(正转6s,反转6s)条件下得到的熔体流速最大,此时铝合金熔体流速x轴最大流速为82mm/s,y轴最大流速为72.5mm/s,z轴最大流速45.6mm/s。此时初生相组织形貌最佳,此时初生相的平均等积圆直径为59.3μm,平均形状因子为0.84。