组合磁场作用下熔体剪切和搅拌对铝熔体氧化夹杂有效利用及机理研究

Aluminium alloys with higher requirements for plasticity weldability, stability and uniformity are required, which is widely used in aviation, aerospace, high speed rail, ect. The inclusions in aluminium alloy can decrease the performance mentioned above. However, The inclusions (oxides and borides) are maily produced and unavoidably during the aluminum alloy melting process. How to control the size and shape of inclusions in the liquid aluminium and utilizate effectively has gradually been in a hot research.. In this project, melt electromagnetic shearing and low frequency electromagneitc stirring are used to realize the effective utilization of oxides and borides in the liquid metal, and the comprehensive properties and uniformity will be improved. In the aspects of the principle, the fine oxides and borides matching with the al matrix can be used as active nucleation particles. In the aspect of experiment, melt electromagnetic shearing is used to break the oxides and borides in the melt into small particles, which on one hand realize effective utilization on the other hand reduces the detrimental effect of oxides and borides, and the effect of breaking will be studied. The melt stirring caused by the low frequency electromagneitc filed is used to disperse the small particles into the whole liquid pood in the mold, the grain refinement and uniformity of aluminum alloy will be improved, and the dispersion of low frequency electromagneitc stirring on the oxides and borides and solidification behavior will be studied. New ideas and methods can be provided for aluminum alloy casting process.

应用于航空、高铁等领域的铝合金材料，在塑性、焊接性、稳定性和均匀性等方面要求苛刻，铝合金中氧化夹杂对上述性能具有不利影响，而氧化夹杂（氧化膜和硼化物）主要是在熔铸过程中产生，且不可避免。如何控制铝熔体中氧化夹杂的尺寸形貌，实现有效利用成为当前的研究热点。. 本项目提出：在铝合金半连续铸造过程，利用熔体磁场剪切和低频磁场搅拌组合作用，实现铝熔体中氧化夹杂的有效利用，提高铝合金综合性能及均匀性。在原理上，研究细小的氧化膜和硼化物颗粒与α-Al位向关系，及其成为凝固过程有效形核质点的可能性。在实验上，利用磁场剪切装置将熔体中氧化夹杂破碎为细小颗粒，研究磁场剪切对氧化物和硼化物的破碎效果，降低其有害作用，并实现有效利用；利用低频磁场搅拌作用，将细小颗粒均匀分布于整个结晶器熔池内，研究低频磁场搅拌对细小颗粒的分散效果，促进组织细化及均匀性。为铝合金铸造工艺提供新思路、新方法。

应用于航空、高铁等领域的铝合金材料，在塑性、焊接性、稳定性和均匀性等方面要求苛刻，铝合金中氧化夹杂对上述性能具有不利影响，而氧化夹杂（氧化膜和硼化物）主要是在熔铸过程中产生，且不可避免。本项目提出：在铝合金半连续铸造过程，利用熔体磁场剪切和低频磁场搅拌组合作用，实现铝熔体中氧化夹杂的有效利用，提高铝合金综合性能及均匀性。在原理上，研究细小的氧化膜和硼化物颗粒与α-Al位向关系，及其成为凝固过程有效形核质点的可能性。在实验上，利用磁场剪切装置将熔体中氧化夹杂破碎为细小颗粒，研究磁场剪切对氧化物和硼化物的破碎效果，降低其有害作用，并实现有效利用；利用低频磁场搅拌作用，将细小颗粒均匀分布于整个结晶器熔池内，研究低频磁场搅拌对细小颗粒的分散效果，促进组织细化及均匀性。为铝合金铸造工艺提供新思路、新方法。.结果发现：半连续铸造下的铝合金铸锭表面存在大量纵向分布的流痕和横向分布的环状冷隔以及少量分布较不均匀的偏析瘤。加低频磁场铸造后铸锭表面的偏析瘤和环状冷隔得到一定程度上的抑制，同时纵向分布的拉痕数量明显减小并且深度也明显变浅，铸锭表面平整度显著提升。施加低频磁场剪切可以细化铸锭的凝固组织且组织从边部到心部分布较为均匀。加磁场组合金的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率均明显高于无磁场合金。经过175℃时效12h后，加磁场合金屈服强度和抗拉强度为317.9MPa和348.9MPa，比无磁场组合金高15.5%和12.1%，断后伸长率为19.97%。有磁场合金挤压态时晶粒都比无磁场更加细小均匀，根据细晶强化的原理，细小的晶粒组织有利于材料性能的提升。