电磁搅拌对铝硅合金显微组织的影响

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电磁搅拌对过共晶Al-Si合金组织的影响

电磁搅拌对过共晶Al-Si合金组织的影响
赵树国;袁晓光;于海朋
【期刊名称】《辽宁工程技术大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2005(24)6
【摘要】针对高硅耐磨铝合金第二相粗大,严重割裂基体,削弱材料的力学性能的问题,采用电磁搅拌工艺细化Al-Si-Fe合金组织。

结果表明在电磁搅拌过程中,随着电磁搅拌励磁电压的增加,先共晶相一初晶Si和β-A15SiFe相尺寸减小,尖角逐渐消失,变得圆整化:同时随着电磁搅拌励磁电压的增加,共晶Si数量增加,发生破碎尺寸减小,逐渐变为粒状;而且随着电磁搅拌励磁电压的增加, 合金宏观晶粒尺寸变小。

【总页数】3页(P913-915)
【关键词】电磁搅拌;圆整化;细化
【作者】赵树国;袁晓光;于海朋
【作者单位】沈阳航空工业学院机械学院;沈阳工业大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG17
【相关文献】
1.电磁搅拌对过共晶Al-Si合金初生Si长大过程和形貌的影响 [J], 毛卫民;李树索;赵爱民;崔成林;钟雪友
2.新型Al-P-N晶种合金及其对过共晶Al-Si系\r合金组织和性能的影响 [J], 李阳;武玉英;孟凡超;孙谦谦;赵硕;刘相法
3.机械搅拌对过共晶Al-Si合金半固态组织的影响 [J], 叶春生;张新平;潘冶
4.电磁搅拌对过共晶Al-Si合金初生Si分布的影响 [J], 毛卫民;李树索;赵爱民;崔成林;钟雪友
5.电磁搅拌对含Bi过共晶Al-Si合金组织的影响 [J], 司颐;胡月娇;武晓峰
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磁搅拌对铝铜合金MIG焊缝形状、组织及性能影响

第27卷第2期2007年4月航空材料学报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o.l 27,N o .2 A pril 2007磁搅拌对铝铜合金M I G 焊缝形状、组织及性能影响国旭明1, 杨成刚2(1.沈阳航空工业学院材料系,沈阳110034;2.南昌航空工业学院材料系,南昌330034)摘要:研究电磁搅拌对2219铝铜合金脉冲M I G 焊焊缝形状、组织及性能的影响。

实验结果表明,电磁搅拌使M I G 焊缝由指状熔深变为椭圆形熔深,改善焊缝成形。

电磁搅拌通过增加焊缝中非均质形核核心,降低固液前沿液相的温度梯度,促进粗大柱状晶和枝晶转变为细小等轴晶,提高焊缝金属的强度和塑性。

关键词:电磁搅拌;铝铜合金;焊缝组织;细化中图分类号:TG444.7;TG 113 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2007)02-0018-04收稿日期:2006-02-26;修订日期:2006-08-22基金项目:国家863计划项目(2002AA 305402)作者简介:国旭明(1965)),男,博士,教授,(E-m a il)guoxu m i ng @sohu .com 。

高强铝铜合金也称硬铝合金,可热处理强化,具有高的室温强度及良好的高温和超低温性能[1],广泛用作航空、航天及其他运载工具的结构材料。

然而高强铝铜合金熔化焊时,焊缝金属不仅容易产生热裂纹,而且焊缝强度低、塑性差,影响高强铝铜合金作为焊接结构件的推广应用。

改善焊缝金属抗裂性能,提高焊缝强度、塑性的重要措施就是细化焊缝的晶粒组织。

目前在焊接过程中细化焊缝组织的方法主要有:电磁搅拌、脉冲焊接、表面强冷以及孕育处理[2]。

电磁搅拌是70年代兴起的一种焊接技术。

B r own 等[3]最早尝试将电磁搅拌用于钢、钛合金的钨极氩弧焊(T I G )焊接,细化焊缝宏观组织,降低焊缝气孔率。

此后,电磁搅拌技术逐渐引起大家的重视。

电磁搅拌强度对Al25Si组织形貌影响分析

第22卷第2期牡丹江大学学报 Vol.22 No.2 2013年2月 Journal of Mudanjiang University Feb. 2013147文章编号：1008-8717（2013）02-0147-02电磁搅拌强度对Al-25Si 组织形貌影响分析穆春祥赵军峰（牡丹江大学机械工程学院黑龙江牡丹江 157011）摘要：Al-25Si 合金具有较好的耐磨性和热膨胀性，但初晶硅的粗大问题使其性能大大降低。

严重限制了其在工业中的广泛应用，本文通过研究不同的电磁搅拌强度对Al-25Si 合金组织的影响，进而为半固态挤压成型奠定一定的理论基础。

研究分析得出，电磁搅拌强度有一定合适的范围，在0—150v 电压内增大电磁搅拌强度能够有效的细化硅相，超过一定的范围，硅相不但得不到细化，反而有增大的趋势。

关键词：Al-25Si 合金，初晶硅相，电磁搅拌强度中图分类号：TM201.4 文献标识码：A 1. 引言随着汽车轻量化的发展，传统意义上的铸钢铸铁结构件材料性能已经无法满足需求，高硅铝合金由于具有较好的耐磨性，热膨胀系数较小，已经得到材料工作者的青睐。

高硅铝合金可以广泛用于汽车活塞合金中，但常规铸造使合金组织中常常存在较大的初晶硅相，割裂基体现象非常严重，使材料的力学性能大大下降，使其得不到广泛的应用。

快速凝固倒是可以细化组织，提高力学性能，但高昂的成本使许多企业望而兴叹。

本文通过调整电磁搅拌强度，改变细化组织进而达到提高力学性能的目的。

2. 实验结果及分析实验方法是采用磷铜对Al-25Si-1Cu-1Mg-0.7 Fe-1N 组织进行变质处理，石墨坩埚预热至300℃，浇铸前电磁搅拌，直至凝固。

凝固后取样进行组织分析。

电磁搅拌的原理是利用铸锭中未凝固液相产生电磁作用力，从而达到改变凝固过程中金属液的运动。

[1]也就是说在金属液凝固过程中，改变金属液的传热、生长和传质过程。

由于金属液在电磁力的作用下做旋转运动，从而达到细化晶粒，改善铸件质量的目的。

钙与电磁搅拌对Mg-Li-Al合金微观组织和力学性能的影响

中图分类号：Ｔ４．２Ｇ１６２
文献标志码：Ａ
ＥｆｅｔｆＣａａｄｅｅｔｏａｎｔｃｓｉｒｎｎｆｃｓｏｎｌｃｒｍｇｅｉｔｒｉｇｏｍｉｒｓｒｃｕｅｎｅｈｎｃｌｒｐｅｔｅｆｇ－－ｌｙｃｏｔｕｔｒｓａｄｍｃａｉａｏｒｉｓｏ－－ａｌｓｐＭＬｉＡＩｏ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＴｈｆｅｔｏｎｏｉｅｌｃｒｍａｎｔｔｒｉｇａｄＣａｏｈｃｏｔｃｕｅｎｃａｉａｅｅｃｓｆＣａａｄｃｍｂｎｄｅｅｔｏｇｅｉｓｉｎｎｎｔｅｍｉｒｓｕｔｒｓａｄｍｅｈｎｃｌｃｒｒｐｏｅｔｓｏＭｇ８ｒｐｒｉｆｅ一％Ｌｉ％Ａ１ａｌｙｗｅｅｓｕｉｄａｄｈｒｌｔｎｈｐａｎｔｅｈｍｉａｃｍｐｓｉｎ一３ｌｓｏｒｔｄｅ，ｎｔｅｅａｉｓｉｓｍｏｇｈｃｅｃｌｏｏｉｏ，ｏｔｍｉｒｓｕｔｒｓａｄｍｅｈｎｃｌｒｐｒｅｒｉｃｓｅ．ｈｅｕｔｈｗｈｔｏｈＣａａｄｃｍｂｎｄｅｅｔｏｇｅｉｃｏｔｃｕｅｎｃａｉａｏｅｉｓｗｅｅｄｓｕｓｄＴｅｒｓｌｓｏｔａｔｎｏｉｅｌｃｍａｒｐｔｓｂｒｎｔｃｓｉｉｇａｄＣａｉｒｖｈｃｏｔｕｔｒｓａｄｍｅｈｎｃｌｒｐｒｉｓｏｇ８ｔｒｎｒｎｍｐｏｅｔｅｍｉｒｓｃｕｅｎｃａｉａｏｅｅｆｒｐｔＭ一％Ｌｉ％Ａ１ｌｙ．ｄｎ．％Ｃａｉｔ・３ｌｓＡｄｉｇ０５ａｏｏｎｔｅａ — ａｔｌｙ，ｈｐａｅｂｃｍｅｉｎｒａｄｔｅｔｎｉｔｅｇｈａｄｅｏｇｔｎｒａｈｔ８９Ｐｎ１３％，ｈｓｃｓｌｓｔｅａｏｈｓｅｏｓｈｎｅ，ｎｓｌｓｎｔｎｌｎａｉｃｏ１．３Ｍａａｄ１．５ｔｈｅｅｒｏｅ８ｒｓｅｔｅｙＴｅｍｉｒｓｕｔｒｓｎｎｎｆｒａｄｔｅＢｒｅｌａｄｅｓｔｎｉｔｎｔ，ｎｌｎａｉｎａｅ６．ＨＢ，ｅｐｃｉｌ．ｈｃｏｔｃｕｅｉｅａｄｕｉｍ，ｎｉｌｈｒｎｓ，ｅｓｌｓｒｇｈａｄｅｏｇｔｒ７５ｖｒｉｆｏｈｎｅｅｏ２３８ＭＰｎ．％ａｌｃｏｇｅｉｔｉｇｏ０Ｖｏｉｅｔ．％Ｃａ０．ａａｄ７７ｔｅｔｍａｅｒｎｔｓｉｎｆｃｍｂｎｄｗｉＯ５ｃｒ８ｈ．ＫｅｒｓＭｇＬｉｌｙｅｅｔｏｇｅｉｔｒｇｍｉｒｓｕｔｒ；ｃａｉａｒｐｒｉｓｙｗｏｄ：－・ａｌ；ｌｃｍａ－－Ａ１ｏｒｎｔｓｒｉ；ｃｏｔｃｕｅｍｅｈｎｃｌｏｅｔｃｉｎｒｐｅ

电磁搅拌器在铝合金熔炼炉中的应用探讨

１、电磁搅拌器的结构
铝合金电磁搅拌器由感应器、低频电源和冷却水系统等组成。电磁搅拌器的主要工作部件是由铁芯和线圈绕组构成的感应器，线圈绕组由绝缘的矩形断面中空铜管组成，固定在铁芯周围。低频电源是由变频器产生的三相交流电。搅拌器冷却水系统包括一个闭环净化水回路、一个热交换器和一个工业水回路，通过闭环净化水回路对线圈绕组进行冷却以防止线圈绕组过热损坏。两台６（０倾动式矩形煤气熔炼炉可只配备１电磁搅拌器，每台套
当电磁搅拌器处于检修位置时，若其中任何一个接近开关信号失灵或误动作，与之配套的两台熔炼炉均不能倾翻。同时在操作台上也会出现 “ 接近开关信号错误”的提示，有利于尽快排除故障。
利用电磁搅拌器检修位上的接近开关限位来确定电磁搅拌的位置，而达到熔炼炉进行倾翻或回翻动作时安全生产，避免熔炼炉、从电磁搅拌器设备伤害事故发生。３．２电磁搅拌工作环境温度的要求电磁搅拌器台车由行走系统、液压升降系统和台车本体组成；行走系统由行走电机、减速器、链条传动系统组成；液压升降系统由油箱、油泵、油管、单向阀、电磁换向阀、溢流阀、行程保护阀和液压油缸等几部分组成；整体工作温度必须保持在０７￣之间，－０（２液压油的最高工作温度：８ｃ；液压密封元件的最高工作温度为：１００ｃ２ ℃。熔炼炉在实际生产中，尤其在夏季季节温度较高时，炉内温度保持在７０度左右，炉底的钢板温度在２０度左右，４０造成炉底周围环境温度在６度左右，０临近台车液压油的工作温度上限值。同时，由于炉底是一个相对比较封闭的环境，空气流通不畅．因。３电磁搅拌器台车液压工作介质的选择．３４号液压油虽然有良好的抗磨损性能，以及优良的抗乳化性，由６于工作介质温度较低，其粘度指数最大为９。７粘度指数是决定抗磨液压油在高温环境下良好运行的重要指标之粘度高于】Ｏ７Ｏ —ｌＯ的抗磨液压油，具有粘温曲线变化平缓性和良好的粘温性。４３酯型难燃液压油工作温度在一０～３ ℃ ，目为止具有６２２ ℃ １５是前低倾点、高闪点、和良好的热稳定性能；其粘度指数不小于１０；在８高温环境运行时，它在油中的溶解度增大，蜷曲状的线形分子膨胀仲长，从而使粘度增长较大，粘度指数越高，粘度随温度变化越小。适

电磁搅拌对A1-5Ti-1B的显微组织与晶粒细化能力的影响

５Ｔｉ一１Ｂ后保温２ｍｉｎ，可使纯铝晶粒从２８００Ｉｘｍ细化至６８Ｉｘｍ，保温１２０ａｉｒｎ，晶粒未见长大．
关键词：晶粒细化剂；Ａ１ — ５Ｔｉ一１Ｂ；电磁搅拌；连续铸挤
３．ＮａｎｈａｉＳａｎｘｉａｎｇＡｌｕｍｉｎｉｕｍＩｎｄｕｓｔｒｙＭａｔ５２８２２５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＡ１— — ５Ｔｉ — — １Ｂｇｒａｉｎｒｅｆｉｎｅｒｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇａｎｄｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗｉｔｈｅｌｅ（ｔｒ０ｍａｇｎｅｔｉｃｓｔｉｒｒｉｎｇ．Ｔｈｅｅｆｅｃｔｏｆｅｌｅｃｔｒ０ｍａｇｎｅｔｉｃｓｔｉｒｒｉｎｇｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｇｒａｉｎｒｅｆｉｎｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ（１ｆＡＩ一５Ｔｉ一１Ｂｇｒａｉｎｒｅｆｉｎｅｒｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｎｇａｎｄｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｎｇｏｆ ’ ＴｉＢ２ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎＡ１ — ５Ｔｉ一１ＢｍｅｌｔＣａＤｂｅｐｒｅｖｅｎｔｅｄｂｙｅｌｅｃｔｒ０ｍａｇｎｅｔｉｃｓｔｉｒｒｉｎｇ．ＴｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＴｉＢ２ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎ

电磁搅拌对Al-14Ce合金初生

第14卷第5期2023年10月有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and EngineeringVol.14，No.5Oct. 2023电磁搅拌对Al -14Ce 合金初生/共晶相与力学性能的影响戴琨a ，b ，汪志刚*a ，b ，叶洁云a ，b ，陈继强a ，b，何昌伟a ，熊克智a（江西理工大学， a.材料冶金化学学部；b. 江西省有色金属加工工程技术研究中心，江西赣州 341000）摘要：针对Al-14Ce 合金中富Ce 相粗大引起强化效果不佳的问题，通过正交分析法和单一变量法研究电磁搅拌对合金富Ce 相及力学性能的影响。

结果表明，搅拌频率21 Hz ，搅拌电流50 A ，搅拌方向为连续正转下，合金获得较优力学性能。

抗拉强度达184.6 MPa ，屈服强度达107.6 MPa ，伸长率达7.06%。

在10~50 A 范围内，随着搅拌电流的增加，Al 11Ce 3相平均尺寸先减小后增加，力学性能随之先降低后提升。

电流过大达70 A 易导致粗大初生相与孔洞缺陷的产生而恶化性能；在7~21 Hz 范围内，随着搅拌频率的提升，Al 11Ce 3相逐渐细化使得力学性能逐步提升。

频率过大达28 Hz 时则会导致初生相聚集粗化降低力学性能；连续正转利于合金组织与性能改善，交替搅拌会导致局部区域Al 11Ce 3相聚集生长而恶化性能。

关键词：Al-Ce 合金；电磁搅拌；正交分析法；单一变量法；Al 11Ce 3相；力学性能中图分类号：TB31 文献标志码：AEffects of electromagnetic stirring on the primary/eutectic phase and mechanicalproperties of Al-14Ce alloyDAI Kun a, b , WANG Zhigang *a, b ,YE Jieyun a, b , CHEN Jiqiang a, b ,HE Changwei a , XIONG Kezhi a（a. Faculty of Materials Metallurgy and Chemistry ； b. Jiangxi Nonferrous Metal Processing Engineering TechnologyResearch Centre ， Jiangxi University of Science and Technology ， Ganzhou 341000， Jiangxi ， China ）Abstract: Aiming at the poor reinforcement caused by coarse Ce-rich phase in Al-14Ce alloys, the effects of electromagnetic stirring on the Ce-rich phase and mechanical properties during alloy solidification were studied by orthogonal analysis and single variable method. The results show that when the stirring frequency is 21 Hz, the stirring current 50 A and the stirring direction a continuous positive turn, the optimal mechanical properties of the alloy are obtained. The tensile strength reaches 184.6 MPa, the yield strength 107.6 MPa and the elongation rate 7.06%. In the range of 10 to 50 A, with the increase of stirring current, the average size of Al 11Ce 3 phase decreases first and then increases, and the mechanical properties decreases first and then increases accordingly. Excessive current up to 70 A is easy to cause coarse primary phase and hole defects, thereby deteriorating the performance. In the range of 7 to 21 Hz, with the increase of stirring frequency, the gradual refinement of Al 11Ce 3 phase gradually收稿日期：2022-09-30；修回日期：2022-11-07基金项目：国家自然科学基金资助项目（51961013）；江西理工大学清江拔尖人才培养计划资助项目（JXUSTQJBJ2020007）；江西省研究生创新专项资助项目（YC2021-S567）通信作者：汪志刚（1983—　），副教授，主要从事稀土金属结构材料研究工作。

电磁场对铝硅及锡磷青铜合金凝固组织影响的研究

电磁场对铝硅及锡磷青铜合金凝固组织影响的研究
电磁场对铝硅及锡磷青铜合金凝固组织影响的研究
随着工业技术的不断发展，电磁场技术在金属材料加工中得到了广泛
应用。

电磁场作为一种新型的加热方式，可以在金属材料的加工过程
中起到重要的作用。

本文将探讨电磁场对铝硅及锡磷青铜合金凝固组
织的影响。

铝硅合金是一种重要的结构材料，具有良好的耐腐蚀性和高强度。

研
究表明，电磁场可以显著影响铝硅合金的凝固组织。

在电磁场的作用下，铝硅合金的晶粒尺寸明显变小，晶界清晰度得到提高。

同时，电
磁场还可以促进铝硅合金中的化学反应，提高合金的化学均匀性。

因此，电磁场技术可以有效地改善铝硅合金的性能。

锡磷青铜合金是一种重要的摩擦材料，具有良好的耐磨性和耐蚀性。

研究表明，电磁场可以显著影响锡磷青铜合金的凝固组织。

在电磁场
的作用下，锡磷青铜合金的晶粒尺寸明显变小，晶界清晰度得到提高。

同时，电磁场还可以促进锡磷青铜合金中的化学反应，提高合金的化
学均匀性。

因此，电磁场技术可以有效地改善锡磷青铜合金的性能。

总之，电磁场技术可以显著影响铝硅及锡磷青铜合金的凝固组织，从
而改善合金的性能。

未来，我们可以进一步研究电磁场技术在金属材料加工中的应用，以提高金属材料的性能和质量。

电磁搅拌作用对铝合金显微组织的影响

电磁搅拌作用对铝合金显微组织的影响①朱明原　史　文　杨森龙　任忠鸣　邵光杰　许珞萍(上海大学材料科学与工程学院,上海200072)摘　要研究了电磁搅拌对Z L101A铝合金显微组织的影响,阐明了不同搅拌工艺条件下Z L101A 铝合金的显微组织的变化规律。

结果表明:在磁场强度大于0.065T的EMS作用下,Z L101A合金能够得到非树枝晶组织;未经细化处理,晶粒尺寸在100～300μm范围内;随着EMS作用的增强,晶粒向完全椭球形发展;本实验条件下EMS没有细化共晶Si的作用,也没有改变共晶Si的析出形态;搅拌作用与合金凝固速度的良好匹配是得到理想非树枝晶组织的关键。

关键词　电磁搅拌　铝合金　显微组织中图法分类号　TG113.1 半固态成型(Semi2solid forming,SSF)技术是一种融合了铸造和锻造工艺的金属成型新技术[1]。

它具有零件精度高、机械加工少、一致性好、模具寿命长、应用范围广、节能高效、便于连续自动化大规模生产等显著优点。

随着汽车工业的发展,它日益受到世界各国的普遍重视。

SSF技术有两个关键环节,其一是非树枝晶合金原材料的制备,其二是成型工艺及装备技术的研究,前者是整个技术的前提和基础。

目前,非接触式的电磁搅拌[2](Electro2magnetic stirring,EMS)和应变诱发熔化激活[3](Strain induced melt activated,SIMA)是两种制备半固态成型原材料的最有效可行的方法。

EMS法又因其工艺简单、成本低廉和易于控制而被国际上一些先进企业运用于工业生产。

基于学术研究和商业价值的双重意义,研究电磁搅拌对各类合金组织的影响成为世界范围内研究的热点。

本文研究电磁搅拌工艺与Z L101A铝合金金相组织的关系,分析不同搅拌工艺条件下Z L101A合金金相组织的变化,阐明EMS工艺对Z L101A合金组织的影响,初步探讨具有完全等轴晶组织的铝合金制备工艺,为非树枝晶铝合金的连铸生产提供实验基础。

电磁场对铝合金铸造组织和性能的影响

５９
态组织中晶内含ｚｎ量平均值随电磁场频率变化的趋势，果表明，电磁场存在的条件下，内平均结在因此可以有效抑制合金元素的反偏析。电磁搅拌可以有效地阻止组织溶质
中的原子，一直到溶剂原子完全被溶质原子置换完
董杰¨等人采用电磁细晶铸造技术，降低其频
率，铸造出一种新的超高强高韧铝合金，考察了低频电磁铸造对其组织、元素晶内固溶度的影响。结果
表明，相对常规ＤＣ铸造，频电磁铸造组织细小均低匀等轴，合金元素Ｚ，ｎＭｇ和Ｃｕ在晶内的固溶度增加。并得出合金元素Ｚ，ｇ和ＣｎＭｕ在晶内的固溶度最高的频率和安匝数范围。
１２对固溶度影响．
也抑制了晶粒的生长，起到细化晶粒的作用，从而改善凝固组织、提高力学性能。
１对固溶度的影响
１１影响固溶度的主要因素．
铝合金主要依靠固溶强化和沉淀硬化来提高其
机械性能，而固溶强化能力和其本身的性能与固溶度有关。在一定范围内，固溶体的强度和硬度随溶质浓度增加而提高。因此对同一元素，固溶度高的可获得较好的固溶强化效果。
铜、、为基的固溶体中，银金）发现当尺寸因素比较有利时，溶质的原子价越高，其溶解度越小。溶解度的大小与电子浓度有关。固溶体的电子浓度有一极限值，过此极限值，超固溶体就不稳定，而要形成另
外的新相。影响固溶度的因素除了上述讨论的因素外，固溶度还与温度有关，在大多数情况下，度升温高，固溶度升高；对少数含有中间相的复杂合金，而情况则相反。

电磁搅拌处理Al-Si合金晶粒组织细化的机理分析

材料导报网刊 2007年12月第5期・26・电磁搅拌处理Al-Si合金晶粒组织细化的机理分析张雪峰1，李林风1，麻永林1，苍大强2（1 内蒙古科技大学理学院，包头014010；2 北京科技大学生态科学与工程系，北京100083）摘要利用真空感应炉对铝硅合金在感应加热熔化的同时进行电磁搅拌处理，试验表明：电磁搅拌能够改变正常的铝硅合金凝固行为。

从形核动力学的基本原理出发，对其细化机理进行了分析讨论，认为α-Al相细化和球团化的主要原因是：电磁搅拌后由于磁吉布斯自由能的存在，使晶核半径变小，α-Al相得到了明显细化。

关键词电磁搅拌形核磁吉布斯自由能Analysis of the Mechanism of Grain Refinement of Al-Si Alloys underMagnetic FieldZHANG Xuefeng1，LI Linfeng1，MA Yonglin1，CANG Daqiang2(1 Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010；2 Department of EcologicalScience and Engineering，Beijing Science and Technology University，Beijing 100083)Abstract Al-Si alloy is melted by using vacuum induction melting furnace heated with medium-frequency induction and stirred simultaneously . Test show that Electromagnetic stirrong can change the behavior of solification in gear to Al-Si alloys. Based on the basic principles of nucleation, the mechanism of Grain refinement are discussed with respect to the theoretical analysis .The main reason for the refining and nodulizing of primaryα-Alphase are: due to the existence of magnetic Gibbs free energy, the nucleus radius became smaller and α-Al phase was refined obviously after electromagnetic stirring.Key words electromagnetic stirring，nucleation，magnetic Gibbs free energyAl-Si合金由于耐高温、耐磨、硬度高的特性，应用较为广泛。

电磁搅拌对Mg_Al_Si合金组织的影响

表 1 试验工艺参数
1 试验方法
序熔炼开始搅拌搅拌
搅拌
列温度/ ℃ 温度/ ℃ 频率/ Hz 时间/ s
1
700
660
0
87 (静置)
淬火温度/ ℃
595
试验使用的合金为 MgAl9Si1 , 合金在现有牌号
2
700
660
10
90
595
3
700
660
10
220
595
AS41(MgAl4Si1) 的基础上增加了 Al 的含量 ,目的是为
4
700660ຫໍສະໝຸດ 5080595
了增加固液相温度区间。Mg在高温下易氧化 ,常压下
3 国家重点基础研究发展规划 (“973”) 项目 ( G2000067202) 33 杨必成 ,男 ,1974 年出生 ,工程师 ,北京有色金属研究总院复合材料中心 ,北京新街口外大街 2 号 (100088) ,电话 :010 - 82241229
参考文献
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26
社 ,1999. 3 蒙多尔福著. 铝合金组织和性能. 王祝堂 ,张振录译. 北京 :冶金工业出
是 ,在两种不同的搅拌频率下均出现了少量块状Mg2Si , 它形成于搅拌过程中 ,说明电磁搅拌创造的非平衡凝固条件改变了 Mg2Si 相的凝固行为。
按照金属凝固理论 ,金属的凝固过程按照形核2长大过程进行。在未凝固的合金熔体中存在着大量热涨落形成的晶胚 ,固相原子一方面由固相跑向液相 ,一方

电磁搅拌频率对半固态Al-Cu合金显微组织的影响

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该问题用惩罚函数计算．初始优化方案为＝（２３０２１８４２０１２０
１６０），ｆ（。）：６３２１０，经过十次迭代，取得最优解
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【参考文献】
［１］张志涌精通ＭＡＴＬＡＢ５『Ｍ］３版．北京：北京航空航天出版社，２０００．
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科技・探索・争鸣
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机械与电子
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８）齿轮轴的最大挠度不大干许用值嘲，得
ｇ，（） …一 ≤０
式中：ＹＹ１２ — — 主动齿轮和从动齿轮的齿形系数
［２］刘惟信．机械最优化没计［Ｍ１一Ｅ京：清华大学出版社，２００２［３］ＥｄｗａｒｄＢ，Ｍａｇｒａｂ等．ＭＡＴＩＡＢ原理与工程应用［ＭＩ北京：电子一业出版社
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『４１尚涛，石端伟工程计算可视化与ＭＡＴＬＡＢ实￣ｇ［Ｍ１．武汉：武汉大学ｆ｛ｊ＿版社
８４（ｘ）＝２－ｘ３４０８５（）＝２３ — ３００４０

电磁搅拌强度对Al-25Si组织形貌影响分析

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ｒｅｆｑｕｅｎｃｙｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｒｅｉｎｆｅｍｅｎｔｏｆｈｙｐｏｅｕｔｅｃｔｉｃＡ１一Ｓｉａｌｌｏｙｓ，ＭｅｔａｌｌＴｒａｎｓＡ，２０００，３１Ａ：７５５ — ７６２．
般来说，硅相的细化程度与电磁搅拌强度有
密切的关系。常规意义上讲，搅拌电压越大，晶粒
越细小。但是在实验中发现，在一定范围内，随着电磁搅拌电压的增加，其晶粒的细化程度有所增
加，但当电磁搅拌强度增大到一定程度，硅相晶粒
没有进一步细化，反而有长大的趋势。这从图１ｃ和ｂ的对比中可以发现。这极有可能是因为电压过
堆积。从而使初晶硅相由细条状向球团化转变，使
超过这个电压时，合金组织中的硅相会有长大的趋
势。参考文献：［１］谢水生，等．半固态加工技术及其运用［Ｍ］．北京：
冶金工业出版社．１９９９．

搅拌时间对铝硅合金初生相形貌和尺寸的影响

［］ＫｅｎｉｅｒｇＭａｅｉｓ２０，２３（）２９Ｊ．ｙＥｇｎｅｉｔｒｌ，０４６１：８— ｎａ
２９４．
成带尖角的初生Ｓ颗粒（图３ｉ如ａ中Ｍ）在剧烈的，碰撞下，生Ｓ颗粒也可能出现聚集长大（３初ｉ图ｃ中Ｇ）同时，生ｓ内部的孔洞也为初生ｓ颗粒的。初ｉｉ
ｄｏｎａｔｙａｃｍｐｌｓｄｂｕｓｎｇａｎｋＴｈｅｒｆｎｅｅｎｄｓｅｏｄｉａｉｎｏｒｍａｙｓｌｃｎａｅｐｒｍｉｎｌｃｏｉｈｅｙｆｉｎｄｋｉ．ｅｉｍｎｔａｐｈｒｉｚｔｏｆｐｉｒｉｉｏｒｉ
有色金属（炼部分）ｈｔ：ｙｙ．ｇｉ冶（ｔ／ｓ１ｂｒｐ／ｍｍ．ｎｃ）
ＤＯＩ０３６／．ｓｎ１０ —５５２１．９０４：１．９９ｊｉ．０７７４．０１０．１ｓ
２ｌ年９Ｏ１期
搅拌时间对铝硅合金初生相形貌和尺寸的影响
ＥｆｅｔｏｔｒｉｍｅｏｏｐｌｇｎｍｅｓｏｆｆｃｆＳｉｒｎｇＴｉｎＭｒｈｏｏｙａｄＤｉｎｉｎｏＰｒｍａｙＰｈａｅｉ — ｉＡｌｏｉｒｓｎＡＩＳｌｙ
基金项目：ｌ贵卅大学自然科学青年科研基金（贵大自青基合＇２ｏ］５ｆ［ｏ９ｏ５号）
作者简介：田琴（９０）女，１８一，土家族，Ｉ口人，贵卅江讲师，硕士．

连续降温电磁搅拌对A356铝合金半固态组织的影响

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2019，Vol． 47，№9
DOI： 10． 13979 / j． 1007-7235． 2019． 09． 003
连续降温电磁搅拌对 A356 铝合金半固态组织的影响
闫瑞芳，王会檀，王宁，王迪，王金国
（吉林大学材料科学与工程学院，吉林长春 130022）
摘要：采用连续降温电磁搅拌法制备纯净的 A356 铝合金半固态浆料，通过显微组织观察和形状因子统计，研究了电磁搅拌频率、电磁搅拌温度区间和熔体降温速率对 A356 铝合金半固态浆料初生相形貌和尺寸的影响。研究结果表明：当搅拌条件为 600℃ 炉膛预热、搅拌频率为 30 Hz、搅拌温度区间为 640℃ ～ 600℃ 时，半固态浆料初生相大部分为球形或椭球形；在初生相形成初期。更慢的降温速率有助于形成球形或椭球形的初生相。主要机制是更小的过冷度不足以使晶核发生快速的等轴生长或合并，但是大过冷度易于晶核合并生长且长大，从而形成蔷薇状或树突初生相。关键词：半固态；初生相；电磁搅拌； A356 铝合金中图分类号： TG146． 21 文献标识码： A 文章编号： 1007 － 7235（ 2019） 09 － 0009 － 04
收稿日期： 2019 － 03 － 27 基金项目：大学生创新创业训练计划（ 2017A43143）第一作者简介：闫瑞芳（ 1986 －），女，山西忻州人，助理工程师，硕士。
10
2019，Vol． 47，№9
以及 NＲP 技术等方法制备半固态浆料［4 － 5］。然而，更多研究者仍在开发新型的半固态浆料制备方法，以达到降低成本和简化工艺的目的。
电磁搅拌法（ EMS-Electromagnetic Stirring）由于搅拌较为均匀，浆液不易于氧化和浆料质量可控等多方面优点［6 － 7］，一直被很多研究者所推崇。但是，相比于机械搅拌法，它的搅拌力更弱，不适合做大体积的半固态浆料；另外，交变磁场作用下会导致集肤效应，最终会导致浆料的组织不均匀［8］。电磁搅拌目前主要集中在恒温搅拌制备浆料，从而获得稳定的半固态组织。本试验根据半固态组织形成机制，包括树枝晶根部断裂机制、晶臂根部熔断机制和枝晶臂弯曲机制［9］，并结合试验特点解释了降温电磁搅拌法制备浆料的机制，较慢降温速率下，降温电磁搅拌阻止了初始形成的小树枝晶向粗大树枝晶发展的通道，同时晶体的等轴生长和合并生长也促使合金初生相向球形或椭球形的形态发展和长大［10］。

电磁搅拌焊接技术在铝合金结构工程中的应用

电磁搅拌焊接技术在铝合金结构工程中的应用铝合金作为一种轻质、高强度的金属材料，在航空航天、汽车制造和建筑等领域有着广泛的应用。

而在铝合金结构工程中，焊接是一项重要的工艺，用于将铝合金零部件连接成整体结构。

然而，传统的焊接方法在铝合金焊接中存在一些问题，如焊缝质量不稳定、变形严重等。

电磁搅拌焊接技术的出现为解决这些问题提供了新的途径。

电磁搅拌焊接技术是一种利用电磁场作用于熔池实现焊接的方法。

它通过在焊接过程中施加一个交变磁场，使熔池中的金属流动起来，从而实现焊缝的混合和搅拌。

相比传统的焊接方法，电磁搅拌焊接技术具有以下优势：首先，电磁搅拌焊接技术可以提高焊缝质量。

传统的焊接方法容易产生焊缝缺陷，如气孔、夹杂物等。

而电磁搅拌焊接技术通过搅拌熔池中的金属，可以使焊缝中的气体和夹杂物得到有效排除，从而提高焊缝的质量。

其次，电磁搅拌焊接技术可以减少焊接变形。

在传统的焊接过程中，由于热量集中在焊接区域，容易导致铝合金材料的热膨胀，从而产生焊接变形。

而电磁搅拌焊接技术通过均匀分布热量，可以减少焊接区域的热膨胀，从而减少焊接变形的发生。

此外，电磁搅拌焊接技术还可以提高焊接速度。

传统的焊接方法需要较长的焊接时间，而电磁搅拌焊接技术可以通过搅拌熔池中的金属，加快焊接速度，提高生产效率。

在铝合金结构工程中，电磁搅拌焊接技术已经得到了广泛应用。

例如，在航空航天领域，铝合金结构的轻量化是一个重要的研究方向。

传统的焊接方法在轻量化结构的焊接中存在一些问题，如焊缝质量不稳定、变形严重等。

而电磁搅拌焊接技术可以提高焊缝质量，减少焊接变形，从而满足轻量化结构的要求。

此外，在汽车制造领域，铝合金结构的应用也越来越广泛。

传统的焊接方法在汽车制造中存在一些问题，如焊缝质量不稳定、焊接速度慢等。

而电磁搅拌焊接技术可以提高焊缝质量，加快焊接速度，从而提高汽车制造的效率。

总之，电磁搅拌焊接技术在铝合金结构工程中具有重要的应用价值。

它可以提高焊缝质量，减少焊接变形，加快焊接速度，从而满足铝合金结构工程的要求。

电磁搅拌频率与方式对Al-Mn合金显微组织及性能的影响

电磁搅拌频率与方式对Al-Mn合金显微组织及性能的影响赵鸿金;邱仙花;孔军【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2014(028)024【摘要】以单层链式线圈绕组电磁搅拌Al-Mn合金为研究对象,采用Image-Pro-Plus图像分析软件对合金的晶粒组织形貌及尺寸进行分析,得到合金晶粒平均等径圆直径及形状因子与搅拌频率、搅拌方式的规律曲线,还研究了不同工艺条件对Al-Mn合金布氏硬度的影响规律.研究结果表明,在电磁搅拌下,一定的频率范围内合金晶粒的尺寸随着搅拌频率的升高而减小;交替电磁搅拌比常规电磁搅拌效果更好;采用电磁搅拌工艺后获得的合金试样,布氏硬度值普遍有所提高.【总页数】4页(P107-110)【作者】赵鸿金;邱仙花;孔军【作者单位】江西理工大学材料科学与工程学院,赣州341000;江西理工大学材料科学与工程学院,赣州341000;江西理工大学材料科学与工程学院,赣州341000【正文语种】中文【中图分类】TG27;TG244+.3【相关文献】1.电磁搅拌制备的Al-5Ti-1B对6061铝合金显微组织和力学性能的影响 [J], 李滔;王顺成;郑开宏;周海涛2.电磁搅拌工艺对Mg-Zn-Y-Mn合金显微组织和力学性能的影响 [J], 马彦彬;张金山;张龙龙3.电磁搅拌频率对半固态Al-Cu合金显微组织的影响 [J], 陈莉娟;杨慧敏;陶淑芬4.电弧收缩电流频率对航空航天合金钨极氩弧焊薄板拉伸性能和显微组织演变的影响 [J], Tushar SONAR;Sudersanan MALARVIZHI;Visvalingam BALASUBRAMANIAN5.电磁搅拌对Mg-8Li-3Al合金显微组织和力学性能的影响 [J], 马蕾娟;郝海;姚磊;谷松伟;董汉伟;张兴国因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

电磁搅拌工艺技术在铝合金生产中的应用

电磁搅拌工艺技术在铝合金生产中的应用摘要：铝合金是世界工业中目前使用最为广泛的有色金属结构材料之一，主要大量应用在航天工业、航空工业、船舶工业、机械制造工业、汽车工业和化工工业以及民用工业中。

但过去铝合金的生产过程中，使用的是接触式搅拌方法，生产效率低，能源浪费严重，而且还会造成熔体的二次污染。

本文简单的介绍了电磁搅拌工艺技术的发展和在铝合金的工业生产中，电磁搅拌工艺技术的原理和优势，利用其安全性和经济性的优点，提高铝合金生产的效率和产品质量。

关键词：电磁搅拌；铝合金；结晶器；应用随着我国工业经济的快速发展，对铝合金产品需求量日益增多，使铝合金的熔化铸造的研究也随之深入。

一、传统接触式搅拌方法的缺点在铝合金的生产过程中，过去一直使用的是接触式搅拌工艺技术，即生产过程中工人必须敞开炉门，利用人工使用铁耙直接搅拌铝合金熔体，热量损失非常大，电量供应的时间也延长，不仅耗费大量能源，而且铝合金熔液极易溅到熔炉顶部，严重侵蚀硅碳棒和镍铬带等发热组成元件，消耗量过高。

此种搅拌工艺方法远远落后于现在广泛应用于合金生产的电磁搅拌工艺方法。

人力操作铁耙进行搅拌，工人劳动强度也大，由于受熔炉门口大小的限制，搅拌范围小，搅拌均匀性差，生产效率低，浪费能源，也容易造成铝合金熔体的二次污染。

二、电磁搅拌技术历史发展1930年，瑞典首先提出了电磁搅拌技术在钢铁生产中的应用，并在1939年瑞典钢厂的电弧炉上完成实验，其方法是将电磁搅拌器放置在电弧炉的底部。

1947年瑞典生产出世界上第一台使用电磁搅拌器装置的15吨电弧炉。

随后，日本、美国也相继研制和发明了使用电磁搅拌装置的铝熔炉，容量从5吨-110吨，并且均投入到铝合金工业生产中，取得了明显的工业生产效果。

在二十世纪六十年代中期，我国也开始研制带有电磁搅拌器装置的电弧炉，并在七十年代中期成功研制出生产能力为40吨的带有电磁搅拌器装置的电弧炉，并投入生产。

1989年年末，我国在制铝工业生产中，第一台电磁搅拌器在青铜峡铝厂安装成功并投入生产，之后，我国的电磁搅拌工艺技术，在各个工业生产领域不断的发展和提高。

电磁搅拌对过共晶Al-Si合金初生Si长大过程和形貌的影响

电磁搅拌对过共晶Al-Si合金初生Si长大过程和形貌的影响毛卫民1,李树索1,2,赵爱民1,崔成林1,钟雪友1(1.北京科技大学铸造研究所,北京100083; 2.北京航空材料研究院,北京100095)摘要:研究了电磁搅拌对过共晶Al-Si合金中初生Si长大和形貌的影响.结果表明:当合金含Si量低于30%时,电磁搅拌引起过共晶Al-Si合金中初生Si显著细化和球团化,但当合金含Si量超过30%时,电磁搅拌对初生Si细化的作用有限,组织中仍然存在较粗大的板片状初生Si;提高电磁搅拌时合金熔体冷却速度可减小初生Si的尺寸;进行正、反转电磁搅拌,初生Si的尺寸将进一步减小.在电磁搅拌条件下,初生Si发生细化和球团化的主要原因是:搅拌引起合金熔体温度场、溶质场的均匀化,引起初生Si的机械破碎、相互摩擦和抑制初生Si各向异性生长.关键词:电磁搅拌;过共晶铝硅合金;初生Si;长大;形貌中图分类号:TG146.2文献标识码:A文章编号:1005-0299(2001)02-0117-05Effect of electromagnetic stirring on growth and morphology ofprimary silicon crystals of hypereutectic Al-Si alloysMAO We-i min1,LI Shu-suo1,2,ZHAO A-i min1,C UI Cheng-lin1,ZHONG Xue-you1(1.Foundry Institute,Uni versity of Science and Technology Beijin g,Beijing100083,China; 2.Beijing Institute of Aero-nautical M aterials,Beijing100095,China)Abstract:The effect of electroma gnetic stirring on growth and the morphology of primary silicon crystals in hypereu-tectic Al-Si alloys during solidification has been studied systematically in this paper.The experimental results show that when the silicon content is equal to or lower than30%,the primary silicon crystals can be refined significantly and their nodular shape can be obtained by electromagnetic stirring.When the silicon content is more than30%, however,the refinement of primary silicon crystals is limited and there are still some large lamellar primary silicon crystals in the microstructure.W hen the cooling rate of the melt during electromagnetic stirring is increased,the grain size of the primary silicon crystals can be reduced.The grain size of the primary silicon crystals can be further decreased by the electromagnetic stirring with positive and reverse runnings.In case of electromagnetic stirring,the main reasons for the refining and nodulizing of primary silicon crystals are:homogenization of te mperature and solute fields,the mechanical brokening of silicon crystals and mutual friction among the crystals which restrains the anisotropic growth of the later.Key words:electromagnetic stirring;hypereutectic Al-Si alloy;primary silicon crystal;gro wth;mophorlogy过共晶Al-Si合金的常规凝固组织是由初生Si和(A+Si)共晶体组成,初生Si一般呈粗大收稿日期:2000-12-10.基金项目:国家自然科学基金资助项目(59771011).作者简介:毛卫民(1958-),男,教授,博士.的板片状、多角形块状或五瓣星状.随着硅含量的提高,板片状所占的比例也越来越高,初生Si变得十分粗大,这显著地降低了过共晶Al-Si合金的力学性能和切削加工性能,因此改善初生Si的形貌、减小初生Si的尺寸,是提高过共晶Al-Si第9卷第2期材料科学与工艺Vol.9No.2 2001年6月MATERI ALS SCIENC E&TEC HNOLOGY Jun.2001合金力学性能和改善切削加工性能的重要途径.常用细化初生Si 的方法有变质处理[1]、快速凝固[2],但变质处理只在较低的Si 含量范围内有效,而快速凝固的成本较高.近年来,一些学者将半固态加工技术应用到过共晶Al-Si 合金,如Kim,Diew want 等人[3,4]采用机械搅拌细化和改善初生Si 的尺寸和形貌,但关于电磁搅拌制备半固态过共晶Al-Si 合金浆料的研究甚少[5].初生Si 的尺寸和形貌是影响过共晶Al-Si 合金性能的主要因素,本文将系统研究电磁搅拌下过共晶Al-Si 合金的初生Si 的长大和形貌变化规律.1 实验方法用ZL104和结晶硅配制(w (B))Al-18%、24%、30%、40%Si 的试验合金.试验合金在坩埚电阻炉内熔化,当合金过热80~100e 时,将合金液浇入电磁搅拌器中的石墨铸型内,立即进行搅拌,直到搅不动为止,再将石墨铸型淬入水中,以固定合金熔体高温时的组织.为了对比分析,浇注一Al-24%Si 合金的砂型试样.电磁搅拌试验中过共晶Al-24%Si 坯料尺寸为560mm @170mm.从560mm 的过共晶Al-24%Si 坯料中切取10mm 厚的圆片,再从这一圆片上切取一扇形试样作为金相组织观察试样.试样经过粗磨、细磨和抛光,再经0.5%的HF 水溶液浸蚀,在光学显微镜下观察组织.2 实验结果及讨论2.1 电磁搅拌对初生Si 的影响图1是过共晶Al-Si 合金的显微组织照片.在常规砂型铸造条件下,过共晶Al-24%Si 合金的显微组织由初生Si 和共晶体组成,绝大部分初生Si 呈粗大的板片状,少量初生Si 呈多角块状,分布均匀,如图1(a)所示.若在过共晶Al-Si 合金凝固过程中对其施加强烈的电磁搅拌,坯料内部的初生Si 得到明显细化,初生Si 的形貌明显改善,绝大部分初生Si 呈球团状或块状,尖角已经圆钝,只有个别初生Si 呈短片状,如图1(b)所示.当过共晶Al-Si 合金的含Si 量为30%时,经过电磁搅拌,坯料内的绝大部分初生Si 得到明显细化,初生Si 呈球团状或块状,尖角圆钝,但少部分初生Si 仍然呈粗大板片状,如图1(c)所示.当过共晶Al-Si 合金的含Si 量为40%时,经过电磁搅拌后,虽然出现大量的块状初生Si,且尖角已经圆钝,但未细化的粗大板片状初生Si 数量增多,如图1(d)所示.图1 过共晶Al-Si 合金的显微组织(a)未搅拌的传统砂型Al-24%Si 合金组织 (b)Al-24%Si 合金搅拌组织 (c)Al-30%Si 合金搅拌组织 (d)Al-40%Si 合金搅拌组织Fig.1 Microstructures of the hypereutectic Al-Si alloy#118#材料科学与工艺第9卷在电磁搅拌时,由于合金熔体连续降温冷却,整个搅拌时间只有2min 左右,这对研究初生Si 形貌的演化过程显得不足,因此本文对过共晶Al-24%Si 合金进行了577e 下恒温搅拌.当Al-24%Si 合金液浇入搅拌室后,先不对合金熔体进行搅拌,直至合金熔体冷却到577e 时,在该温度下进行等温搅拌;在搅拌之前,合金熔体已经析出一定数量和尺寸的初生Si,但初生Si 尺寸较大,主要呈板片状,如图2(a)所示1随着搅拌的进行,一些初生Si 发生粘连聚集,尖角圆钝,但初生Si 的尺寸变化不大,形状基本上保持了搅拌前时的板片状,如图2(b)所示.当Al-24%Si 合金液浇入搅拌室后,立即通电搅拌,直至合金熔体冷却到577e ,然后在577e 下继续进行等温搅拌,在此工艺条件下,初生Si 呈球团状,尺寸更小,形貌更为光滑圆整,内部也更加密实,如图2(c)所示.如果在580e 时,突然停止搅拌,合金熔体中会继续析出板片状的初生Si,如图2(d)所示.图2 等温搅拌过共晶Al-24%Si 合金初生Si 组织(a)未搅拌 (b)577e 等温搅拌 (c)577e 等温搅拌 (d)580e 停止搅拌Fig.2 Pri mary silicon crystals of isothermally stirred Al-24%Si alloy2.2 冷却速度对初生Si 的影响在制备过共晶Al-Si 合金半固态浆料时,冷却速度也是一个重要的工艺参数.本文以Al-24%Si 合金为对象,探讨冷却速度对初生Si 的影响.此处的冷却速度为析出初生Si 时的平均冷却速度.图3是在不同冷却速度下Al-24%Si 合金的显微组织.由图3可知:随着冷却速度的增加,合金熔体的过冷度增大,初生Si 的尺寸逐渐变小,但合金熔体冷却速度的增加又引起搅拌时间的缩短,初生Si 的棱角较尖锐.随着合金熔体冷却速度的降低,电磁搅拌时间加长,初生Si 的尺寸变大,但初生Si 的棱角较圆钝.2.3 正反转对初生Si 的影响不断改变电磁搅拌的方向,会引起合金熔体更加激烈的紊流,强化电磁搅拌效果,对初生Si 将有一定的影响.图4是Al-24%Si 合金在单向搅拌和换向搅拌时的显微组织照片.从图4可以看到:换向搅拌后,初生Si 更加细小,分布均匀,但尖角圆钝化变差,这主要是因为换向搅拌中需要停顿,实际搅拌时间只是原单向搅拌时间的40%;在单向搅拌下,初生Si 较大,但尖角较为圆钝.#119#第2期毛卫民,等:电磁搅拌对过共晶Al-Si 合金初生Si 长大过程和形貌的影响图3 不同冷却速度下Al-24%Si 合金中的初生Si(a)150e /mi n (b)57e /minFig.3 Pri mary silicon crystals in Al-24%Si alloy stirred and solidified with different coolingrates图4 单向或换向搅拌Al-24%Si 合金中的初生Si(a)Al-24%Si 合金单向搅拌组织 (b)Al-24%Si 合金变向搅拌组织Fig.4 Pri mary silicon crystals in Al-24%Si alloy stirred in one direction (a)or con tinu ously changed di rection in all times (b)2.4 初生Si 细化、长大和形貌演化机理分析对于初生Si 而言,其电导率很小,受到的电磁力也很小,可以认为在电磁搅拌下,初生Si 主要是在粘性液体的带动下运动的,因此,搅拌将使合金熔体产生下面几个作用.(1)熔体温度场均匀化激烈的搅拌使熔体的温度场非常均匀[6],当合金熔体开始析出初生Si 晶核时,形核的区域增大,即同时形成的初生Si 晶核增多,细化了初生相.等温搅拌实验结果支持这一观点,因为只要有较大的初生Si 板片形成,通过电磁搅拌就很难使其破碎细化,说明电磁搅拌下初生Si 刚刚形成时就很细小.换向搅拌进一步强化了电磁搅拌效果,有助于细化初生Si.提高冷却速度,增加了形核动力,自然会细化初生Si.(2)机械作用过共晶铝硅合金中的初生Si中存在很多缺陷,表现在初生Si 板片上存在许多孔洞及薄弱的结合处[7],在剧烈紊流熔体的作用下,细小的初生Si 可能会在有缺陷的部位产生折断.但当合金含Si 量较高时,形成粗大板片状初生Si 的趋势加大,一旦形成粗大板片状初生Si,通过电磁搅拌将无法破碎它们,等温搅拌实验结果也说明了这一点,因此,电磁搅拌只能破碎较小的板片初生Si.在电磁搅拌中,初生Si 与初生Si 、初生Si 与液相还会发生剧烈的摩擦、碰撞,促使初生Si 的尖角发生钝化.由于剧烈的碰撞作用,初生Si 也可以通过聚集合并的方式长大.(3)溶质均匀化作用电磁搅拌促进了溶质场均匀化,初生Si 的熟化需要原子扩散,因此搅拌促进了初生Si 的熟化过程.搅拌时间越长,初生Si 的熟化越充分,初生Si 的形貌也就越圆整,#120#材料科学与工艺第9卷长时间等温搅拌结果和高冷速搅拌结果都说明了这一点.(4)抑制初生Si的各向异性生长在强烈的电磁搅拌下,促使初生Si各表面形成较多的机械孪晶,有利于液相中的Si原子在初生Si择优生长方向的侧面沉积、生长,使初生Si厚度增加,抑制了初生Si的择优生长,在初生Si长大的同时促使其向球团化转变.综上所述,过共晶Al-Si合金中初生Si细化、长大和形貌演化的机制可以描述如下:在电磁搅拌下,由于熔体温度场的均匀化,刚刚析出的初生Si为细小的块状或小板片状;这些初生Si小块或小板片可能由于自身的缺陷而折断成更细小的初生Si块,而一旦形成了较粗大的初生Si板片,它们的大小将不会有大的变化,只能使初生Si的尖角发生圆钝;由于搅拌抑制了各向异性生长,初生Si向厚度方向长大的速度加大,长大为团块状,同时初生Si小块也可以通过搅拌碰撞而聚集合并长大为团块状;由于熔体内初生Si之间或初生Si与液体之间的相互摩擦和初生Si的熟化,初生Si的形貌最终转变为球团状.3结论(1)当合金中的Si[24%时,电磁搅拌会使初生Si显著细化和圆钝化,但当合金中的Si\30%时,电磁搅拌仍然细化了大部分初生Si,但无法完全消除粗大的板片状初生Si;(2)提高合金熔体冷却速度和改变搅拌方向都会细化初生Si,但会降低尖角圆钝化;(3)在电磁搅拌条件下,过共晶Al-Si合金中的初生Si发生细化和球团化的主要原因是:搅拌引起合金熔体温度场、溶质场的均匀化,引起初生Si的机械破碎、相互摩擦、熟化和抑制初生Si 各向异性生长.参考文献:[1]桂满昌,宋广生,贾军,等.Al-18%Si过共晶合金熔体结构特征及磷的影响[J].金属学报,1995,A31(4):177-1801[2]袁晓光,徐达鸣,张淑英,等.喷射沉积Al-Si-Fe-Cu-Mg合金的微观组织和力学行为[J].金属学报,1997,33(3):248-251.[3]RYOO Y H,KIM I J,KIM D H.M icros tructuralcharacheristics of sem-i solid state processed hypereutecticAl-Si alloys[A].Proceedings of the4th internationalconference on sem-i solid processing of alloys and compos-ites[C].Sheffield:the Department of Engineering Mate-rials,University of Sheffield,1996.66-70.[4]DIEWWANIT I,FLEMINGS M C.Sem-i solid forming ofhypereutectic Al-Si alloys[A].Proceedings of the4th in-ternational conference on sem-i solid processing of alloysand composites[C].Sheffield:the Department of Eng-ineering Materials,Universi ty of Sheffield,1996.30-34. [5]李树索,王德仁,毛卫民,等.电磁搅拌过共晶铝硅合金的显微组织[J].特种铸造及有色合金,1998,(增刊):1-31[6]毛卫民,赵爱民,崔成林,等.电磁搅拌对半固态AlSi7Mg合金初生A-Al的影响规律[J].金属学报,1999,35(9):971-9741[7]李树索.半固态加工过共晶Al-Si合金组织与性能[D].北京:北京科技大学,19991(责任编辑吕雪梅)#121#第2期毛卫民,等:电磁搅拌对过共晶Al-Si合金初生Si长大过程和形貌的影响。

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电磁搅拌对铝硅合金显微组织的影响周永欣,谢　辉,吕振林(西安理工大学材料科学与工程学院,陕西西安710048)摘要:研究电磁搅拌对亚共晶、共晶及过共晶Al2Si合金显微组织的影响,并对其在EMS作用下的液淬组织和凝固组织进行研究。

试验表明:电磁搅拌能够改变正常的铝硅合金凝固行为。

本试验条件下EMS作用下非树枝晶存在异常长大、聚集和缩颈熔断现象;对亚共晶Al2Si合金凝固主要表现为共晶组织发生粗化;对过共晶Al2Si合金凝固主要表现为初生硅的聚集与偏聚。

关键词:电磁搅拌;铸造Al2Si合金;液淬组织;显微组织中图分类号:TG146.2 文献标识码:A 文章编号:100028365(2003)0320199203E ffect of Electromagnetic Stirring on the Microstructures of Al2Si AlloysZHOU Y ongxin,XIE Hui,LU Zhenlin(Xi’an Universty of Technology,Xi’an710048,China)Abstract:The effect of electromagnetic stirring on the microstructure of Al2Si alloys to hypoeutectic and eutectic and hypereutectic has been studied.The quenched structures and solidification structure by Electromagnetic Stirring techniques was explained.Test showed Electromagnetic Stirring could change the behavior of solidification in gear to Al-Si alloys.In the condition of this examination,the phenomenon of growth abnormally and necking and remelting of the non-dendrite structures occurred by EMS.the influence of the electromagnetic stirring on the structures of hypoeutectic alloys included the coarsening of the eutectic silicon,but that of hypereutectic alloys was the segregating and dispersing of primary silicon mainly.K ey w ords:Electromagnetic Stirring;Al2Si alloy;Quenched structure;Microstructure 半固态成型(Semi2solid forming,SSF)技术是1种融合铸造和锻造工艺的金属成型新技术[1]。

SSF关键技术有2方面,其一是非树枝晶合金原材料的制备;其二是成型工艺及装备技术的研究,前者是整个技术的前提和基础。

据目前资料看,非接触式电磁搅拌[2] (Electromagnetic stirring,EMS)和应变诱发熔化激活[3](Strain induced melt activated,SIMA)是2种制备半固态成型原材料的最有效可行的方法。

EMS法因其工艺简单、成本低和易控制而被国际上一些先进企业应用。

基于学术和商业价值的双重意义,研究电磁搅拌对各类合金组织的影响成为世界范围内研究的热点。

本文研究亚共晶、共晶、过共晶3种不同成分的Al2Si合金在正常砂型铸造下的组织与在电磁搅拌作用下的组织之间的区别,还研究EMS工艺对铸锭不同部位液淬和凝固组织的影响规律。

1　试验条件1.1　试验装置及原理收稿日期:2002212219; 修订日期:2003202226作者简介:周永欣(19642　),陕西富平人,工程师1研究方向:新型耐磨材料研究与开发1试验在自制的电磁搅拌静态浇注系统上进行。

系统主要有电磁搅拌器、加砂套铜坩埚、3相变压器和冷却系统。

对线圈电流或旋转永久磁铁,产生交流磁场或旋转磁场。

同时,磁力线穿过坩埚进入金属液内,并产生感应电流,感应电流与交流磁场或旋转磁场的相互作用,据左手法产生的洛仑磁力就会产生搅拌。

铝合金在5kW井式电阻炉内熔化,再把铝液倒入结晶器中进行搅拌直至凝固。

1.2　试验过程用Al2Si近中间合金、纯Al和纯Si3种原材料分别配制亚共晶(Al27.80%Si)、共晶(Al211.02%Si)及过共晶(Al220.05%Si)3种Al2Si合金;分别将3种Al2Si合金放入电阻炉中,在熔化合金的同时,将预热砂套放入铜坩埚内,待合金温度升至750℃后保温一段时间后浇入砂套,同时开启电磁搅拌装置,电磁搅拌的电压参数为25V和50V,在搅拌的不同时刻用5mm的玻璃管抽取熔体并快速液淬;熔体停止流动后关闭电磁搅拌装置,待合金最终凝固后取出铸锭;为研究电磁搅拌对合金凝固过程的影响,浇注自然凝固条件下的砂型铸锭。

・991・Vol.24No.3 May.2003 铸造技术FOUNDR Y TECHNOLO GY1.3　金相检验试样取自圆形铸锭中部,芯部、边缘及两者之间3块试样,并打磨抛光,用HF 酸溶液腐蚀后进行显微组织观察。

2　实验结果与讨论2.1　液淬组织图1是w 为Al 27.80%Si 合金在电磁搅拌作用下获得的液淬组织。

观察表明:初生相析出的数量与搅拌过程有关。

在合金液浇入铜坩埚内开始搅拌初期,合金液还没开始凝固,玻璃管抽取的熔体中无初生相析出,液淬得到的是全液态组织,见图1(a )。

随着电磁搅拌的进行,初生相为枝晶臂短而粗的玫瑰状组织,发达的枝晶特征消失,见图1(b )。

在搅拌后期,出现初生枝晶聚集和分散现象,见图1(c 、d 、e )。

进一步(a ) (b)(c ) (d)(e ) (f )图1　Al 2Si 合金在电磁搅拌作用下的液淬组织　×50Fig 11　Quenched structures of Al -Si alloys by EMS地观察发现,见图1(d 、e )。

(1)电磁搅拌使枝晶残体发生弯曲变形,晶臂根部发生缩颈和熔断;(2)尽管液淬组织中有一部分球状晶粒形成,但在连续冷却条件下并不能使初生枝晶完全球化。

Al 220.05%Si 合金在电磁搅拌作用下获得的液淬组织,见图1(f )。

初生硅由理论上的不加搅动的板片状转变为由于搅动作用而呈多边形的块状,在初生硅的周围分布着细小的α枝晶。

2.2　Al 2Si 合金在正常条件下的凝固组织图2(a )为Al 27.80%Si 合金在正常凝固条件下的凝固组织(初生(Al 211.02%Si 枝晶+共晶体(α+Si )),初生(枝晶比较发达,共晶体中的共晶硅比较细小。

图2(b )为Al 211.02%Si 合金在正常凝固条件下的凝固组织(细小的初生(枝晶+共晶体(α+Si ))。

共晶体中的共晶硅比Al 27.80%Si 粗大。

图2(c )为Al 220.05%Si 合金在正常凝固条件下的凝固组织(初生Si +共晶体(α+Si )),初生硅呈不规则形状,分布比较均匀。

(a ) (b ) (c )图2　Al 2Si 合金正常凝固组织 ×50Fig 12　Common solidification structures of Al 2Si alloys2.3　Al 2Si 合金在电磁搅拌作用下的凝固组织在EMS 作用下Al 2Si 的凝固组织,见图3。

观察表明:图3与图2相比,铸锭的边部为初生α枝晶富集层,共晶体中的共晶硅比正常凝固条件下的凝固组织中的共晶硅粗大,说明共晶硅发生粗化现象;在50V 电磁搅拌作用下的共晶硅粗化效果比25V 更佳,初生α枝晶比较少,接近共晶组织。

图3(i 、j )为Al 220.05%Si 合金在25V 电磁搅拌作用下的凝固组织,可看出边部比中部、中边部具有更多的初生硅,即初生硅发生聚集和偏聚,共晶硅也得到一定程度的粗化,但粗化程度不如亚共晶合金明显。

图3(k )和图3(l )为Al 220.05%Si 合金在50V 电磁搅拌作用下的凝固组织。

与25V 电磁搅拌作用相比,边部初生硅占更大部分,搅拌效果更佳。

・002・ FOUNDR Y TECHNOLO GY Vol.24No.3May.2003(a ) (b ) (c ) (d)(e ) (f ) (g ) (h)(i ) (j ) (k ) (l )图3　Al 2Si 合金在电磁搅拌作用下的凝固组织 ×50Fig 13　S olidification structures of Al 2Si alloys by EMS3　结论(1)通过对EMS 下Al 2Si 合金液淬组织的观察,发现初生相的析出数量随搅拌过程而变化;初生枝晶存在聚集与分散现象;搅拌过程中枝晶残体枝晶臂的根部发生缩颈和熔断;(2)在电磁搅拌作用下亚共晶Al 2Si 合金凝固组织中存在初生相的聚集,共晶组织发生粗化;(3)在电磁搅拌作用下,过共晶Al 2Si 合金凝固组织中初生硅在铸锭边缘发生聚集与偏聚现象。

参考文献[1]　Ed Nussbanu A L.Light Metal Age[M ].USA :1996.[2]　M C Flemings and K P Y oung .“Rheocasting ”Y ear bookof Science and Technology[M ].New Y ork :Mc 2Graw 2Hill ,1987.[3]　K P Y ong ,C P Ryonka ,J A Courtois[P ].USA :4415374.1983.・102・《铸造技术》3/2003 周永欣等:电磁搅拌对铝硅合金显微组织的影响。