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本文提出一种新型的外场处理技术——磁致振荡,即利用高频脉冲强磁场在金属熔体的表层产生电磁振荡,该技术可实现对金属熔体的无接触有效处理。本文分别以纯铝、Sn-10.4%Sb合金为实验材料,对磁致振荡下金属凝固组织和凝固过程的变化规律进行了研究,并对磁致振荡下金属凝固组织细化的机制进行了探讨。
本文首先研究了磁致振荡下工艺参数对于纯铝凝固组织和凝固过程的影响规律。结果表明,试样晶粒尺寸随着处理电压、处理频率、趋肤深度的增加而减小,随着浇注温度的增加而略有增大;试样的凝固时间随着处理电压、处理频率、浇注温度的增加而增长,趋肤深度的增加也可以增长试样的凝固时间。在本文研究条件下,处理电压的变化对于试样凝固组织和凝固时间的影响最为显著,而浇注温度的变化对凝固组织影响最小;对于试样凝固时间,处理频率的变化对其影响最小。
对于Sn-10.4%Sb合金的磁致振荡处理发现,振荡可以明显的细化合金凝固组织,并且极大的减小铸件内部比重偏析,使铸件上下部的β相的比例趋于一致。
对于纯铝不同凝固阶段的振荡处理实验,发现在熔体形核阶段进行处理效果最明显,且晶粒尺寸随处理时间的增加而减小;在高温孕育区和凝固平台后期进行振荡处理时,效果不明显。
最后通过在纯铝熔体不同位置处放置不同形状的不锈钢网对纯铝熔体固液两相进行分隔,以研究磁致振荡下纯铝凝固组织细化的增殖核心的来源。结果发现,磁致振荡细化纯铝凝固组织的原因是振荡的处理使得晶核从型壁上不断地脱落,从而使熔体内部晶核数增殖而细化,也就是磁致振荡处理引起的熔体内部的结晶雨现象。