【摘 要】
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在国内日益严格的节能降耗政策下,汽车轻量化成为了人们关注的焦点。用铝合金来代替一些钢铁结构件是一种有效的手段。Al-Mg-Si合金作为一种可热处理强化的轻质结构材料,具有比强度高、加工性能好、良好的抗腐蚀性和再回收性等优点,是车身外板的首选材料。采用双辊铸轧技术生产该合金板坯具有短流程、低成本、灵活性强和高效生产等众多优点。但是,中心偏析是阻碍铸轧工艺发展的重要因素之一。因此,研究改善铸轧板坯中心
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在国内日益严格的节能降耗政策下,汽车轻量化成为了人们关注的焦点。用铝合金来代替一些钢铁结构件是一种有效的手段。Al-Mg-Si合金作为一种可热处理强化的轻质结构材料,具有比强度高、加工性能好、良好的抗腐蚀性和再回收性等优点,是车身外板的首选材料。采用双辊铸轧技术生产该合金板坯具有短流程、低成本、灵活性强和高效生产等众多优点。但是,中心偏析是阻碍铸轧工艺发展的重要因素之一。因此,研究改善铸轧板坯中心偏析的方法具有重要意义。本文以Al-Mg-Si合金作为主要研究对象,采用模拟与实验相结合的方法研究了浇注温度和铸轧速率对铸轧温度场、流场以及板坯质量的影响,确定了铸轧参数;通过研究脉冲电场对凝固组织的影响,确定了占空比和频率。在合理的铸轧参数和脉冲电流占空比和频率下,探讨了不同强度脉冲电流,静磁场及复合场对铸轧板坯中心偏析的影响规律及作用机理。为双辊铸轧Al-Mg-Si合金的工业化生产提供一定的理论依据。研究内容和结果如下:（1）通过ANSYS有限元软件得出了浇注温度和铸轧速率与Al-Mg-Si合金铸轧过程的温度场和流场之间的关系。结果发现在相同的浇注温度下,随着铸轧速率的提高,最终凝固点逐渐向着熔池出口处移动,液穴深度逐渐增加,熔池内部的对流加剧。在相同的铸轧速率之下,随着铝熔体浇注温度的提高,铝带坯的整体温度略有提高,液相线位置向熔池出口处移动,液穴深度逐渐增加。并且初步确定了铸轧参数:铸轧速率0.6m/min,浇注温度700℃;铸轧速率0.8m/min,浇注温度为690℃-700℃;铸轧速率为1.0 m/min,浇注温度670℃。为铸轧实验提供理论数据。（2）研究了实际铸轧过程中常出现的表面条纹、飞边和缩边、气坑、裂纹、重皮和镰刀弯等板坯缺陷以及应对方法。并且根据模拟结果和板坯质量确定了理想的铸轧参数:铸轧速率为0.8m/min,浇注温度690℃。（3）研究了铸轧板坯的微观结构。发现在铸轧板坯中心线附近出现较严重的偏析现象。铸轧板坯横截面晶粒形貌主要由表面激冷区细小的等轴晶,具有一定倾斜度的柱状晶和中间的混合晶三部分组成。随着铸轧速率的增加和浇注温度的降低:激冷区厚度逐渐减小,柱状晶倾斜度逐渐变大,混合晶区的晶粒尺寸逐渐减小,同时,中心区域逐渐往上辊方向偏移。（4）研究了不同占空比和频率的脉冲电场对凝固组织的影响规律。在频率（f）为20HZ,占空比（D）为20%的脉冲电流对组织的细化效果较明显;在D=20%,f=20Hz的脉冲电流作用下,铸锭中Mg元素的偏析率较低;在通入D=20%,f=50Hz的脉冲电流时,铝锭中Si元素的偏析率较低。（5）探讨了脉冲电流与静磁场组合的复合场对凝固组织的影响,发现在D=20%,f=20Hz的脉冲电流与24mT静磁场下铸锭的平均晶粒尺寸从800-900μm减小到70-90μm,宏观偏析得到了较好地抑制。结合单独脉冲电流对凝固组织的影响,最终确定了脉冲电流的占空比和频率分别为20%和20Hz。（6）研究了脉冲电流对铸轧板坯宏观偏析的影响规律。结果表明:随着脉冲电流强度增大,促进了一次枝晶臂的生长,抑制了二次枝晶的生长。对铸轧板坯宏观偏析抑制效果越明显。在探讨脉冲电流对宏观偏析影响机制中确定了脉冲电流主要通过电迁移效应来减小铸轧板坯的宏观偏析。（7）研究了脉冲电流和静磁场组成的复合场对铸轧板组织的影响规律。在稳恒磁场的磁感应强度为24mT时,500A脉冲电流对宏观偏析效果最佳。根据脉冲电磁复合场对铸轧板坯流场和温度场的模拟结果发现,随着静磁场强度的增强,电磁力逐渐增强。铸轧区中的流场涡流逐渐变大。Kiss point逐渐向铸轧出口方向移动。同时,促使枝晶熔断,缩小了一次枝晶间距,阻碍溶质向固液界面运动。（8）铸轧板坯经过了均匀化、冷轧、固溶、预时效及烤漆处理后,发现具有中心偏析的铸轧板坯中心线处仍存在元素分布不均匀现象,而经过外加复合场铸轧板坯后续处理后元素分布均匀。铸轧工艺板材力学性能已经达到了传统工艺的标准。
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