第9期 陈兴润等：环缝式电磁搅拌工艺对A357铝合金组织的影响 1177 数为：浇注温度750℃，连铸速度20mmr,冷却 了优势，充分利用了集肤效应层磁感应强度高、剪切 水压0.08MP?搅拌电流80A搅拌频率30H?石墨 强度和速率大的优点，这样就提高了熔体的搅拌效 冷却器直径40m从图3可以看出，环缝式电磁搅 率加速了熔体的散热使熔体内温度场、浓度场更 拌连续铸造技术制备的铸坯组织无论是边部、中 均匀，有效形核率提高。晶粒细化，获得的显微组 部，还是心部，都是由球状或者蔷薇状的初生α(A) 织更加细小均匀.另外，插入石墨冷却器可使导流 相构成. 管熔体心部的热量迅速通过石墨冷却器散去，在熔 普通电磁搅拌和环缝式电磁搅拌均是采用电磁 体中形成自导流管内壁向熔体心部温度逐渐降低的 搅拌作为外力场对熔体实施搅拌，使A357铝合金 温度场，结晶器内壁和冷却器外壁激冷所产生的晶 熔体逐渐凝固，得到初生非枝晶组织的过程.但是， 核在这样的温度场中的存活率会更高.同时，强烈 二者对熔体的搅拌效果和散热效果却存在明显的区 搅拌作用的存在也使初生相的团聚现象大大减轻 别.在普通电磁搅拌连续铸造工艺中，铸坯边部的 这些都利于浆料质量的提高， 组织主要与结晶器中铸坯的冷却条件有关，靠近结 2.2搅拌电流对铸坯组织的影响 晶器的坯料表层冷却过快，还未来得及被搅拌就己 搅拌电流是半固态坯料制备过程中的一个重要 经形成了一层细枝晶-.心部和中部的组织差 参数.图4为浇注温度750℃连铸速度20mm 异比较大，主要是因为铝合金熔体受到的搅拌力边 mr1、冷却水压008MP频率30H和石墨冷却 缘大、内部小，搅拌的不均匀性很明显，导致温度场 器直径40m时，采用环缝式电磁搅拌流变连续铸 分布不均匀，最终铸坯组织呈现典型的三晶带特征. 造工艺，在不同搅拌电流条件下制备的A357铝合 采用环缝式电磁搅拌连续铸造工艺，石墨冷却器的 金坯料心部的显微组织.从图4中可以看出，随着 加入使熔体主要集中在石墨冷却器和导流管共同形 搅拌电流的增大，铸坯显微组织中蔷薇状初生相数 成的圆腔内，将交变电磁场集肤效应的劣势转变为 量明显减少，球状晶逐渐增多 h 100um 100m 100um 图4搅拌电流对357铝合金坯料显微组织的影响.(20A(b)40A(9)80A Fg4 Effect of stirrng cumrent on them icrostrucures of A357 akm inumn allo bille ts (a)20A (b)40A (C)80A 造成组织变化的主要原因为是搅拌电流越大， 的热交换也越剧烈，温度场也越均匀，也越有利于初 磁感应强度的增加越明显，熔体所受的电磁力也就 生α(AD晶核的大量形成和获得细小的组织.同 越大.较大的电磁力有利于熔体的搅拌和换热及温 时，剧烈的搅拌会加强溶质的扩散和流动，促进合金 度场的均匀化，电磁搅拌力越大，熔体的搅拌越剧 熔体内部溶质场的均匀化，减薄α(A品粒周围的 烈.剧烈搅拌可促进熔体的换热，搅拌越剧烈，熔体 热扩散层和溶质扩散边界层的厚度，减小成分过冷，第 9期 陈兴润等:环缝式电磁搅拌工艺对 A357铝合金组织的影响 数为:浇注温度 750℃,连铸速度 20 mm·min -1 ,冷却 水压 0.08 MPa,搅拌电流 80A,搅拌频率 30Hz,石墨 冷却器直径 40 mm.从图 3可以看出 ,环缝式电磁搅 拌连续铸造技术制备的铸坯组织, 无论是边部、中 部 ,还是心部 ,都是由球状或者蔷薇状的初生 α(Al) 相构成 . 普通电磁搅拌和环缝式电磁搅拌均是采用电磁 搅拌作为外力场对熔体实施搅拌 , 使 A357铝合金 熔体逐渐凝固,得到初生非枝晶组织的过程.但是 , 二者对熔体的搅拌效果和散热效果却存在明显的区 别 .在普通电磁搅拌连续铸造工艺中 , 铸坯边部的 组织主要与结晶器中铸坯的冷却条件有关 , 靠近结 晶器的坯料表层冷却过快 , 还未来得及被搅拌就已 经形成了一层细枝晶 [ 11--12] .心部和中部的组织差 异比较大,主要是因为铝合金熔体受到的搅拌力边 缘大、内部小 ,搅拌的不均匀性很明显, 导致温度场 分布不均匀 ,最终铸坯组织呈现典型的三晶带特征 . 采用环缝式电磁搅拌连续铸造工艺, 石墨冷却器的 加入使熔体主要集中在石墨冷却器和导流管共同形 成的圆腔内 ,将交变电磁场集肤效应的劣势转变为 了优势,充分利用了集肤效应层磁感应强度高、剪切 强度和速率大的优点 ,这样就提高了熔体的搅拌效 率, 加速了熔体的散热, 使熔体内温度场 、浓度场更 均匀 [ 13] ,有效形核率提高, 晶粒细化, 获得的显微组 织更加细小均匀 .另外 ,插入石墨冷却器可使导流 管熔体心部的热量迅速通过石墨冷却器散去, 在熔 体中形成自导流管内壁向熔体心部温度逐渐降低的 温度场,结晶器内壁和冷却器外壁激冷所产生的晶 核在这样的温度场中的存活率会更高 .同时, 强烈 搅拌作用的存在也使初生相的团聚现象大大减轻, 这些都利于浆料质量的提高 . 2.2 搅拌电流对铸坯组织的影响 搅拌电流是半固态坯料制备过程中的一个重要 参数 .图 4为浇注温度 750 ℃、连铸速度 20 mm· min -1 、冷却水压 0.08 MPa、频率 30 Hz和石墨冷却 器直径 40 mm时,采用环缝式电磁搅拌流变连续铸 造工艺 , 在不同搅拌电流条件下制备的 A357 铝合 金坯料心部的显微组织.从图 4 中可以看出, 随着 搅拌电流的增大, 铸坯显微组织中蔷薇状初生相数 量明显减少,球状晶逐渐增多 . 图 4 搅拌电流对 A357铝合金坯料显微组织的影响.(a)20A;(b)40A;(c)80A Fig.4 EffectofstirringcurrentonthemicrostructuresofA357 aluminumalloybillets:(a)20A;(b)40A;(c)80A 造成组织变化的主要原因为是搅拌电流越大 , 磁感应强度的增加越明显 , 熔体所受的电磁力也就 越大.较大的电磁力有利于熔体的搅拌和换热及温 度场的均匀化 , 电磁搅拌力越大, 熔体的搅拌越剧 烈 .剧烈搅拌可促进熔体的换热, 搅拌越剧烈, 熔体 的热交换也越剧烈 ,温度场也越均匀,也越有利于初 生 α(Al)晶核的大量形成和获得细小的组织.同 时, 剧烈的搅拌会加强溶质的扩散和流动,促进合金 熔体内部溶质场的均匀化 ,减薄 α(Al)晶粒周围的 热扩散层和溶质扩散边界层的厚度,减小成分过冷, · 1177·