Vol.25 No.4 甄子胜等：电磁搅拌工艺参数对半固态AZ91D镁合金组织的影响 343 度差而产生的线速度梯度进行了计算，该速度梯 蔷薇状晶粒的一次枝晶臂还有着正在熔断的迹 度也就是金属熔体受到的剪切速率，结果如图3 象：随着电源频率的继续升高，蔷薇状等轴枝晶 所示.可以看出，随单相输出电压的增大，金属熔 越来越少，而粒状和球形晶粒增多：当电源频率 体所受的最大剪切速率随之增大，因此其所受到 达到200Hz时，组织中基本以粒状和球状晶粒为 的搅拌作用也就越充分，组织也就更加圆整 主，很少再有蔷薇状晶粒存在，也就是说在本实 验范围内，随电源频率的升高，半固态浆料组织 140 中初生固相的形态越分散、越圆整， 在电磁搅拌过程中，交流电源的频率决定着 100 所产生的旋转磁场的转速，且二者存在如下关 系： 60 n=60f (1) p 其中，n为旋转磁场的转速，f为电源频率，p为极 20 20 3035 40 45 对数.也就是说，电源频率越高，所获得的旋转磁 UNV 场的转速越高.由于旋转磁场的转速又是处于其 图3电磁搅拌条件下单相输出电压与流体所获最大剪 中的金属液旋转的最高极限转速，从理论上，频 切速率的关系 率越低金属液获得的转速越低.因此当电源频率 Fig.3 Reationship between the single-phase output voltage 低于30Hz时，由于金属液获得的转速较小，搅拌 and the shearing rate maximum of the slurry by electro- 效果因此就差.从图4的金相图可以看出，在该 magnetic stirring 条件下组织中固相颗粒的形态明显比较差， 2.2电源频率的影响 但是实际情况也并不是频率越高金属液的 图4所示为在其他条件相同的情况下，不同 旋转速度越明显增高，因为随电源频率的增大， 频率下半固态AZ91D组织的特征.从中可以看 虽然旋转磁场的转速增大，但金属液与旋转磁场 出：当电源的频率在30Hz以下时，组织中的初生 之间的转差率也会随之增大，导致系统的功率因 固相形态以蔷薇形态的等轴枝晶为主；当频率增 子Cosp随之降低，这使得在相同名义功率条件下 大到50Hz时，组织中出现了一些粒状和球形的 金属液实际获得的有效搅拌功降低，而使金属液 初生相，但仍然还有蔷薇状等轴枝晶存在，而且 的实际转速降低.因此，对于电磁搅拌金属熔体 0.3 mm 0.3mm 图4电源频率对半固态AZ91D组织的影响（单相名义功率2kW,580℃）.(a)20Hz,(b)30Hz,(c)50Hz,(d)100 (e)150 Hz,(f)200 Hz Fig.4 Effect of power frequency on semi-solid AZ91D microstructure(the single-phase nominal power is 2 kW,580C)一 甄 子胜 等 电磁 搅拌工 艺 参数对 半 固态 镁合 金 组 织 的影 响 度 差 而产 生 的线速 度梯度 进 行 了计 算 ， 该速 度梯 度 也 就 是 金 属 熔 体 受 到 的剪切 速率 ， 结果 如 图 所示 可 以看 出 ， 随单相 输 出 电压 的增 大 ， 金 属 熔 体所 受 的最 大 剪切速 率 随之 增 大 ， 因此其 所 受 到 的搅 拌 作用 也 就 越 充 分 ， 组 织 也 就 更 加 圆整 蔷薇 状 晶粒 的 一 次 枝 晶臂 还 有 着 正 在 熔 断 的迹 象 随着 电源 频 率 的继 续 升 高 ， 蔷 薇 状 等轴 枝 晶 越 来越 少 ， 而 粒 状 和 球 形 晶粒 增 多 当 电源 频 率 达 到 时 ， 组 织 中基 本 以粒状 和 球状 晶粒 为 主 ， 很 少 再 有 蔷薇 状 晶粒存 在 也 就 是说 在 本 实 验 范 围 内 ， 随 电源 频 率 的升 高 ， 半 固态 浆 料 组 织 中初 生 固相 的形 态 越分 散 、 越 圆整 在 电磁 搅 拌过 程 中 ， 交 流 电源 的频 率 决定 着 所 产 生 的旋 转 磁 场 的转 速 ， 且 二 者 存 在 如 下 关 系 甲入 。 区坚 ， 习 一习 二 图 电磁搅拌 条件下 单相输 出电压 与流 体所获最 大 剪 切 速 率的 关 系 幻即 比 加 一 对 即 电源 频 率 的 影 响 图 所 示 为 在 其 他 条 件 相 同 的情 况 下 ， 不 同 频 率 下 半 固态 组 织 的特 征 从 中可 以看 出 当 电源 的频 率在 以下 时 ， 组 织 中的初 生 固相形 态 以蔷薇形 态 的等 轴枝 晶为主 当频 率增 大 到 时 ， 组 织 中 出现 了一 些 粒 状 和 球 形 的 初 生 相 ， 但 仍然 还 有 蔷薇状 等轴 枝 晶存 在 ， 而 且 其 中 ， 为 旋 转 磁 场 的转 速 ，‘ 伪 电源 频 率 ， 为 极 对 数 也就 是 说 ， 电源 频 率越 高 ， 所 获 得 的旋 转磁 场 的转速 越 高 ， 由于 旋转磁场 的转速又 是 处 于 其 中 的金 属 液旋 转 的最 高极 限转速 ， 从 理 论 上 ， 频 率越低 金 属 液 获得 的转速越 低 因此 当 电源 频 率 低 于 时 ， 由于金属 液获 得 的转速 较 小 ， 搅拌 效 果 因此 就 差 从 图 的金 相 图可 以看 出 ， 在 该 条件 下 组 织 中 固相 颗 粒 的形 态 明显 比较 差 但 是 实 际情 况 也 并 不 是 频 率 越 高 金 属 液 的 旋 转速度 越 明显 增 高 因 为 随 电源 频 率 的增 大 ， 虽 然 旋转磁 场 的转速 增 大 ， 但 金 属 液 与旋转磁 场 之 间 的转 差 率 也会 随之 增 大 ， 导致系 统 的功率 因 子 随之 降低 ， 这 使得 在 相 同名 义 功 率 条件 下 金 属 液 实 际获 得 的有 效搅 拌 功 降低 ， 而 使金 属 液 的实 际转速 降低 因此 ， 对 于 电磁 搅 拌 金 属 熔 体 图 电源 频率对半 固 态 组织 的 影 响 单相 名义 功 率 ， ℃ 位 ， ， 几 ， 玩 ， ， 月触 恤 一 比 一 ， ℃