低频电磁铸造6063铝合金的数值模拟和试验研究.pdfVIP

维普资讯 — — — 计算机应用技术— — 特种铸造及有色合金 2006年第26卷第 2期 低频电磁铸造 6063铝合金的数值模拟和试验研究 李建超 - 崔建忠 王宝峰 麻永林 (1．东北大学；2．内蒙古科技大学) 摘 要 采用 ANSYS有限元法对低频电磁铸造铝合金过程进行了数值模拟，分析了频率为 15Hz，电流为150A，匝数为80 匝时，铸锭边部及内部的磁感应强度分布，并在此条件下进行试验研究。试验结果表明，低频电磁铸造铝合金铸锭表面光 洁，消除了铸锭表面的冷隔和表面偏析瘤，内部晶粒细小且为近球形，同时分析了质量改进的原因。 关键词 电磁场；铸造；数值模拟 ；铝合金；组织 中图分类号 TP311；TG146．2 1 文献标志码 A 文章编号 1001—2249(2006)02—0087—03 几十年来，将电磁场引入材料制备过程 ，通过特定 图2为低频电磁铸造铝合金的网格划分图，由于是 的物理效应实现材料组织性能的改善及工艺过程的优 轴对称问题，所以取模型的一半进行分析。为了显示 内 化，已成为材料科学领域重要的研究方 向之一。铝合金 部的单元情况，周围空气的单元没有画出。模型中除空 电磁铸造技术由于能够有效改善铸锭的微观组织 以及 气之外均采用六面体单元，周围及内部空气部分由于形 表面质量而受到广泛的重视 ，这方面的研究工作 已经取 状不规则，采用四面体单元。将计算体离散为 81354 得了较快的进展 。与早期的电磁铸造 (EMC)不同， 个节点，50968个单元。材料物理参数见表 1。 Vives¨ 发展了一种电磁铸造新工艺(CREM)，即在结 晶器外布置电磁感应线圈，通过电磁力的约束作用，减 少金属熔体和结晶器的接触线高度，改变铸锭冷却过程 中热通量分布及熔体 内部的温度场和速度场，有效地细 化晶粒和改善铸锭表面质量。国内也做过这方面的研 究 J，对电磁场铸造条件的数值模拟也进行了一些研 究L9 。本课题采用数值分析和试验研究相结合的方 图2 低频电磁铸造 200mm圆锭单元网格图 法，首先通过数值模拟来分析铸坯 内部的磁场分布情 表 1 计算所用物理参数 况，得出进行试验的工艺条件 ，然后在实验室同条件下 进行试验研究，分析铸锭的质量问题。 l 物理模型的建立 低频电磁半连续铸造 6063的示意图见图1。结晶 器外面布置电磁感应线圈，水冷系统有两个，一次冷却 水系统主要冷却线圈和结晶器，二次冷却水系统喷到铸 初始条件的处理：所用的电源为单相低频电源 ，线 锭上直接进行冷却。 圈断面上电流密度的值 。 J=．，0sin(tot) 式中，(t，为角速度，cD=2~t／f；t为时间；，为电流频率； 为线圈电流密度的幅值，由电流值 、线圈匝数及线圈的 断面积决定。对计算体在一个周期内进行瞬态计算，在 计算过程中，前一时刻的计算结果为后一时刻的初始 值。边界条件的处理：磁力线与包围搅拌器空气的外表 面平行。 2 计算结果分析 图 1 低频 电磁铸造示意 图 引锭杆 2线圈 。·石墨环 ·熔融铝液 ·保温冒口矗结晶器 根据条件用ANSY