1178 北京科技大学学报 第32卷 抑制树枝晶生长，促进晶粒形貌向近球状或蔷薇状 20mmr,冷却水压0.08MP9石墨冷却器直径 转化.此外，大的搅拌电流引起的熔体剧烈搅拌会 40四从图5可以看出，搅拌频率对坯料的组织影 增大初生a(A组织之间的碰撞作用，有利于枝晶 响较大.搅拌频率为10H附，浆料初生相组织以粗 的破碎，促进其形貌的圆整 大的蔷薇状为主，还存在一定的树枝晶.当搅拌频 2.3搅拌频率对铸坯组织的影响 率增大至30H时，初生相组织发生较大变化，树枝 搅拌频率是连续铸造过程中输入变频搅拌器的 晶组织大大减少，仍然以蔷薇状为主，还出现少量的 频率，也是浆料制备过程中的一个重要参数.图5球状晶粒.当搅拌频率继续增大到50H附，蔷薇状 为不同搅拌频率下采用环缝式电磁搅拌流变连续铸 组织大大减少，组织形貌以球状组织为主，晶粒细 造工艺制备的357铝合金坯料心部显微组织.实 小，分布均匀.这就说明随着搅拌频率的增大，铸坯 验条件：浇注温度750℃搅拌电流80A连铸速度 初生相的组织形貌越来越好 100m 1004m 100um 图5搅拌频率对A357铝合金连铸坯坯料显微组织的影响.(10H2(b)30H2(950Hz Fg5 Effect of stirring frequency an them icrostrucures of A357 akm num alk billets (a 10Hz (b)30 Hz (C)50 Hz 在采用环缝式电磁搅拌流变连续铸造工艺制备 不均匀.采用环缝式电磁搅拌流变连续铸造技术 A357铝合金坯料的过程中，搅拌频率的变化实质上 时，合金浆料是在狭窄的环缝中被剪切，感应电流在 是磁场转速的变化.根据电机原理可知，旋转磁场 浆料内的衰减变化不大，浆料受到的搅拌力比较均 转速=60f/P式中，为电源频率，P为线圈的 匀，即使在50H的搅拌频率下仍能获得良好的半 极对数.电源频率越高。旋转磁场的转速越高，相应 固态组织. 的金属熔体的搅拌也越剧烈.熔体的搅拌越剧烈， 2.4搅拌缝隙宽度对坯料组织的影响 紊流程度越大，熔体的温度场和成分场也更加均匀， 搅拌缝隙宽度是导流管内壁与冷却器外壁之间 越有利于获得细小的初生α(A组织，同时也越有 的环缝宽度.在导流管中分别插入中20m四中40mm 利于促进初生α(A阻织向球形转化. 和中60m的三种石墨冷却器形成搅拌宽度分别为 30.20和10m的环缝.在搅拌电流80A频率 感应电流的趋肤深度可以用=5030 N计 50Hz浇注温度750℃、连铸速度20mmr和冷 算.式中，P为合金熔体的电阻率，为合金熔体 却水压0.08MP的实验条件下采用环缝式电磁搅 的相对磁导率，为电源频率.由此可知，频率越大， 拌流变连续铸造技术制备357铝合金，坯料心部 趋肤深度越小，感应电流在浆料内部的衰减越明显， 显微组织如图6所示.当搅拌缝隙宽度为30mm 普通电磁搅拌连续铸造工艺中浆料受到的搅拌力越 时，得到的初生α(A品粒尺寸较大，组织形貌呈蔷北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 抑制树枝晶生长 ,促进晶粒形貌向近球状或蔷薇状 转化.此外 ,大的搅拌电流引起的熔体剧烈搅拌会 增大初生 α(Al)组织之间的碰撞作用, 有利于枝晶 的破碎 ,促进其形貌的圆整 . 2.3 搅拌频率对铸坯组织的影响 搅拌频率是连续铸造过程中输入变频搅拌器的 频率, 也是浆料制备过程中的一个重要参数.图 5 为不同搅拌频率下采用环缝式电磁搅拌流变连续铸 造工艺制备的 A357铝合金坯料心部显微组织.实 验条件 :浇注温度 750 ℃, 搅拌电流 80 A, 连铸速度 20 mm·min -1 ,冷却水压 0.08 MPa,石墨冷却器直径 40 mm.从图 5可以看出 ,搅拌频率对坯料的组织影 响较大.搅拌频率为 10Hz时 ,浆料初生相组织以粗 大的蔷薇状为主 ,还存在一定的树枝晶 .当搅拌频 率增大至 30Hz时,初生相组织发生较大变化 ,树枝 晶组织大大减少,仍然以蔷薇状为主,还出现少量的 球状晶粒 .当搅拌频率继续增大到 50 Hz时 ,蔷薇状 组织大大减少, 组织形貌以球状组织为主, 晶粒细 小,分布均匀.这就说明随着搅拌频率的增大 ,铸坯 初生相的组织形貌越来越好 . 图 5 搅拌频率对 A357铝合金连铸坯坯料显微组织的影响.(a)10Hz;(b)30Hz;(c)50Hz Fig.5 EffectofstirringfrequencyonthemicrostructuresofA357 aluminumalloybillets:(a)10Hz;(b)30Hz;(c)50Hz 在采用环缝式电磁搅拌流变连续铸造工艺制备 A357铝合金坯料的过程中 ,搅拌频率的变化实质上 是磁场转速的变化.根据电机原理可知 ,旋转磁场 转速 n0 =60f1 /P.式中 , f1为电源频率 , P为线圈的 极对数 .电源频率越高,旋转磁场的转速越高, 相应 的金属熔体的搅拌也越剧烈.熔体的搅拌越剧烈 , 紊流程度越大,熔体的温度场和成分场也更加均匀 , 越有利于获得细小的初生 α(Al)组织, 同时也越有 利于促进初生 α(Al)组织向球形转化. 感应电流的趋肤深度可以用 δ=5 030 ρ μf 计 算 [ 14] .式中, ρ为合金熔体的电阻率 , μ为合金熔体 的相对磁导率, f为电源频率.由此可知 ,频率越大 , 趋肤深度越小,感应电流在浆料内部的衰减越明显 , 普通电磁搅拌连续铸造工艺中浆料受到的搅拌力越 不均匀.采用环缝式电磁搅拌流变连续铸造技术 时, 合金浆料是在狭窄的环缝中被剪切 ,感应电流在 浆料内的衰减变化不大, 浆料受到的搅拌力比较均 匀, 即使在 50 Hz的搅拌频率下仍能获得良好的半 固态组织 . 2.4 搅拌缝隙宽度对坯料组织的影响 搅拌缝隙宽度是导流管内壁与冷却器外壁之间 的环缝宽度.在导流管中分别插入 20mm、 40mm 和 60 mm的三种石墨冷却器形成搅拌宽度分别为 30、20 和 10 mm的环缝.在搅拌电流 80 A、频率 50 Hz、浇注温度 750 ℃、连铸速度 20 mm·min -1和冷 却水压 0.08 MPa的实验条件下采用环缝式电磁搅 拌流变连续铸造技术制备 A357铝合金 , 坯料心部 显微组织如图 6 所示 .当搅拌缝隙宽度为 30 mm 时, 得到的初生 α(Al)晶粒尺寸较大, 组织形貌呈蔷 · 1178·