电磁搅拌法制备半固态浆料(1)
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λ —金属熔体的电导率。
旋转磁场的转速n0取决于线圈的极对数p和电源频率f1。根据电机原理可知， 旋转磁场的转速可以按下式计算：
可见，电源频率越高，旋转磁场的转速越高，相应地金属熔体的搅拌速度也 越高。极对数越小，转速也越高。此外，极对数还影响磁力线在熔体内的分布。 极对数越大，磁力线越向熔体表面集聚，心部的磁力线愈加稀疏。所以。为了提 高搅拌均匀性，一般都选用2级线圈制作搅拌器。
电磁搅拌功率
随着搅拌功率的提
高， 初生α -Al由枝晶
向球状晶过渡，并逐步 变得理想。
AlSi6Cu3Mg合金电磁搅拌组织
电磁搅拌连铸速度
（a）3mm/s（b）3mm/s（c）4mm/s（d）5mm/s
搅拌频率200Hz，搅拌功率 (a)0.5Kw (b)1.0Kw (c)2.0Kw
显 微 组 织 的 影 响
金属熔体的实际转速与旋转磁场的转速是有差异的。这种差异的大小用转差 率描述，即
式中n为金属熔体的实际转速。线圈与熔体之间的距离越大，转差率也越大。 由此可见，影响金属熔体搅拌强度的主要因素有旋转磁场的磁感应强度、旋 转磁场与金属熔体的相对速度、金属熔体电导率。提高搅拌效果的关键是提高熔 体内的有效搅拌转矩和转速。
电 磁 搅 拌 功 率 对 半 固 态
镁 合 金
AZ91D
电源频率对半固态AZ91D镁合金组织的影响 搅拌功率2kW，频率(a)20Hz (b)30Hz (c)50Hz (d)150Hz
4.优点与不足
电磁搅拌有如下的突出优点： ①不接触性：电磁搅拌法制备半固态浆料利用电磁感应原理实现了 不与金属熔体直接接触而使金属熔体发生强烈对流，进而实现非枝 晶凝固。这种不接触性不仅避免了搅拌棒的损耗，而且避免了金属 熔体的二次污染。 ②便于控制、操作灵活。通过控制影响感应磁场强度的电参数。可 以方便地控制金属熔体的流动状态和半固态浆料的质量。 ③技术成熟：电磁搅拌是目前工业上进行凝固控制的通用手段，在 熔体处理、连铸和压铸等工业领域已经大量应用并积累了丰富的经 验。
电磁搅拌的不足之处： 1、熔体温度的控制 ； 高熔点合金温度调节灵敏度低，需使用感应加热等内热加热 方式。 对策：采用具有自动控制功能的感应加热系统。 2、有效力矩小； 高熔点合金容器壁厚大效率低，搅拌力矩低等问题。 对策：对搅拌线圈及其控制系统进行专门设计。 3、加热与搅拌之间的干扰; 由于要同时使用感应加热和电磁搅拌，且两者功率都很大。 会产生干扰。 对策：加热与搅拌统筹设计。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
5.发展趋势与展望
趋势一
电磁搅拌过程中流场与热场难以 在实际生产过程中得到检测；
趋势二
电磁搅拌如何影响成分偏析、 气泡分布及树枝晶生长过程是 未来工艺研究所要关注的重要 问题； 目前，结晶器、凝固末端电磁 搅拌存在使用简单化、缺乏深 入系统的研究等问题； 多模式电磁搅拌涉及到的核心问题 是电磁力判据问题，即如何有效控 制电磁力的大小及方向，是我们未 来需要重点关注的技术之一。
触 变 成 形
部件毛坯
2.基本概念
01
金属半固态的制备方法
金属半固态浆料或坯料的制备是半固态成形加工的 基础，目前半固态浆料或坯料的制备方法很多，但 常用的方法主要是电磁搅拌法和机械搅拌法，其中 电磁搅拌法占主导地位。
电磁搅拌法制备半固态浆料的技术
电磁搅拌法 (Electromagnetic Stirring Method, 简 称EMS)是利用感应线圈产生的平行于或者垂直于铸 形方向的强磁场对处于液－固相线之间的金属液形 成强烈的搅拌作用，产生剧烈的流动，使金属凝固 析出的枝晶充分破碎并球化，进行半固态浆料或坯 料的制备。
02
概述
ESM 法不污染金属液，金属浆料纯净，不卷入气体， 可以连续生产流变浆料或连铸锭坯，产量可以很大。 影响电磁搅拌效果的因素有搅拌功率、搅拌时间、冷 却速度、金属液温度、浇注速度等。由于加工过程的 局限性，通常认为，直径大于150mm(6英寸)的铸坯不 宜采用电磁搅拌法生产。 电磁搅拌是工业制备铝合金半固态坯料的主要工艺方 法，与连铸相结合进行高效率坯料连续制备。
F=I×B
式中:F一金属熔体所受的电磁力； I—金属熔体的感应电流密度； B—旋转磁场的磁感应强度。
金属熔体的感应电流密度的大小可用下式表示 ： I＝λ （n×B） 代入F=I×B 得到F=nλ B² 式中： I—金属熔体的感应电流密度； n—旋转磁场相对于金属熔体的运动速度；
B—旋转磁场的磁感应强度；
3.技术原理
1．搅拌线圈 2、4．绝缘层 3．中频感应加热线圈 5．隔热层 6．塞棒 7．坩埚 半固态浆料制备机结构原理示意图
电磁搅拌法的原理是在旋转磁场的作用下， 使熔融金属液在容器内作涡流运动。 电磁搅拌法之所以能够作为半固态浆料的主流制备方法就是利用了电磁力产生 的金属液的强迫流动来影响和控制凝固过程。 金属熔体所受的电磁力F与金属熔体的感应电流密度I和旋转磁场的磁感应强度B 有如下的关系：
趋势三
趋势四
THANKS !
半固态浆料的制备方法 —电磁搅拌法
组员
周子涵、曹曙光、刘志锋
1 半固态加工基本流程 2 基本概念
3 技术原理
4 优点与不足 5 发展趋势与展望
1.半固态加工基本流程图
合金原料设计、配制 加热、熔炼 搅拌(机械或电磁等) 半固态浆料
流 变 成 形
半固态坯料制备 流变压铸成形 其他流变成形 二次加热 触变成形
旋转磁场的转速n0取决于线圈的极对数p和电源频率f1。根据电机原理可知， 旋转磁场的转速可以按下式计算：
可见，电源频率越高，旋转磁场的转速越高，相应地金属熔体的搅拌速度也 越高。极对数越小，转速也越高。此外，极对数还影响磁力线在熔体内的分布。 极对数越大，磁力线越向熔体表面集聚，心部的磁力线愈加稀疏。所以。为了提 高搅拌均匀性，一般都选用2级线圈制作搅拌器。
电磁搅拌功率
随着搅拌功率的提
高， 初生α -Al由枝晶
向球状晶过渡，并逐步 变得理想。
AlSi6Cu3Mg合金电磁搅拌组织
电磁搅拌连铸速度
（a）3mm/s（b）3mm/s（c）4mm/s（d）5mm/s
搅拌频率200Hz，搅拌功率 (a)0.5Kw (b)1.0Kw (c)2.0Kw
显 微 组 织 的 影 响
金属熔体的实际转速与旋转磁场的转速是有差异的。这种差异的大小用转差 率描述，即
式中n为金属熔体的实际转速。线圈与熔体之间的距离越大，转差率也越大。 由此可见，影响金属熔体搅拌强度的主要因素有旋转磁场的磁感应强度、旋 转磁场与金属熔体的相对速度、金属熔体电导率。提高搅拌效果的关键是提高熔 体内的有效搅拌转矩和转速。
电 磁 搅 拌 功 率 对 半 固 态
镁 合 金
AZ91D
电源频率对半固态AZ91D镁合金组织的影响 搅拌功率2kW，频率(a)20Hz (b)30Hz (c)50Hz (d)150Hz
4.优点与不足
电磁搅拌有如下的突出优点： ①不接触性：电磁搅拌法制备半固态浆料利用电磁感应原理实现了 不与金属熔体直接接触而使金属熔体发生强烈对流，进而实现非枝 晶凝固。这种不接触性不仅避免了搅拌棒的损耗，而且避免了金属 熔体的二次污染。 ②便于控制、操作灵活。通过控制影响感应磁场强度的电参数。可 以方便地控制金属熔体的流动状态和半固态浆料的质量。 ③技术成熟：电磁搅拌是目前工业上进行凝固控制的通用手段，在 熔体处理、连铸和压铸等工业领域已经大量应用并积累了丰富的经 验。
电磁搅拌的不足之处： 1、熔体温度的控制 ； 高熔点合金温度调节灵敏度低，需使用感应加热等内热加热 方式。 对策：采用具有自动控制功能的感应加热系统。 2、有效力矩小； 高熔点合金容器壁厚大效率低，搅拌力矩低等问题。 对策：对搅拌线圈及其控制系统进行专门设计。 3、加热与搅拌之间的干扰; 由于要同时使用感应加热和电磁搅拌，且两者功率都很大。 会产生干扰。 对策：加热与搅拌统筹设计。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
5.发展趋势与展望
趋势一
电磁搅拌过程中流场与热场难以 在实际生产过程中得到检测；
趋势二
电磁搅拌如何影响成分偏析、 气泡分布及树枝晶生长过程是 未来工艺研究所要关注的重要 问题； 目前，结晶器、凝固末端电磁 搅拌存在使用简单化、缺乏深 入系统的研究等问题； 多模式电磁搅拌涉及到的核心问题 是电磁力判据问题，即如何有效控 制电磁力的大小及方向，是我们未 来需要重点关注的技术之一。
触 变 成 形
部件毛坯
2.基本概念
01
金属半固态的制备方法
金属半固态浆料或坯料的制备是半固态成形加工的 基础，目前半固态浆料或坯料的制备方法很多，但 常用的方法主要是电磁搅拌法和机械搅拌法，其中 电磁搅拌法占主导地位。
电磁搅拌法制备半固态浆料的技术
电磁搅拌法 (Electromagnetic Stirring Method, 简 称EMS)是利用感应线圈产生的平行于或者垂直于铸 形方向的强磁场对处于液－固相线之间的金属液形 成强烈的搅拌作用，产生剧烈的流动，使金属凝固 析出的枝晶充分破碎并球化，进行半固态浆料或坯 料的制备。
02
概述
ESM 法不污染金属液，金属浆料纯净，不卷入气体， 可以连续生产流变浆料或连铸锭坯，产量可以很大。 影响电磁搅拌效果的因素有搅拌功率、搅拌时间、冷 却速度、金属液温度、浇注速度等。由于加工过程的 局限性，通常认为，直径大于150mm(6英寸)的铸坯不 宜采用电磁搅拌法生产。 电磁搅拌是工业制备铝合金半固态坯料的主要工艺方 法，与连铸相结合进行高效率坯料连续制备。
F=I×B
式中:F一金属熔体所受的电磁力； I—金属熔体的感应电流密度； B—旋转磁场的磁感应强度。
金属熔体的感应电流密度的大小可用下式表示 ： I＝λ （n×B） 代入F=I×B 得到F=nλ B² 式中： I—金属熔体的感应电流密度； n—旋转磁场相对于金属熔体的运动速度；
B—旋转磁场的磁感应强度；
3.技术原理
1．搅拌线圈 2、4．绝缘层 3．中频感应加热线圈 5．隔热层 6．塞棒 7．坩埚 半固态浆料制备机结构原理示意图
电磁搅拌法的原理是在旋转磁场的作用下， 使熔融金属液在容器内作涡流运动。 电磁搅拌法之所以能够作为半固态浆料的主流制备方法就是利用了电磁力产生 的金属液的强迫流动来影响和控制凝固过程。 金属熔体所受的电磁力F与金属熔体的感应电流密度I和旋转磁场的磁感应强度B 有如下的关系：
趋势三
趋势四
THANKS !
半固态浆料的制备方法 —电磁搅拌法
组员
周子涵、曹曙光、刘志锋
1 半固态加工基本流程 2 基本概念
3 技术原理
4 优点与不足 5 发展趋势与展望
1.半固态加工基本流程图
合金原料设计、配制 加热、熔炼 搅拌(机械或电磁等) 半固态浆料
流 变 成 形
半固态坯料制备 流变压铸成形 其他流变成形 二次加热 触变成形