电磁场对Al-18%Si合金凝固组织的影响

Ｊｕ１．２００６　铸　造　・７３９・　ＶｏＩ．５５　ＮＯ．７　ＦＯＵＮＤＲＹ　电磁场对Ａｌ一１　８％Ｓｉ合金凝固组织的影响　龙春仙，班春燕，巴启先，崔建忠　（东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室，辽宁沈阳ｌ１０００４）　摘要：研究了在Ａ１．１８％Ｓｉ过共晶铝合金凝固过程的不同温度施加不同的磁场，对合金凝固组织的影响。结果表明：随　着施加直流磁场温度的降低，初生Ｓｉ变得越来越长，共品组织也变得越来越细密；随着施加交流磁场温度的降低，初　生Ｓｉ变得越来越粗大，共品组织无明显变化。　关键词：Ａ１．１８％Ｓｉ合金；直流磁场；交流磁场；凝固组织　中图分类号：ＴＧ１１３．１；ＴＧ１４６　２　１　文献标识码：Ａ文章编号：１００１—４９７７（２００６）０７—０７３９—０３　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｆｉｅｌｄｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｓｏｌｉｄｉｉｆｃａｔｉｏｎ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ＡＩ一１　８％Ｓｉ　Ａｌｌｏｙ　ＬＯＮＧ　Ｃｈｕｎ－ｘｉａｎ，ＢＡＮ　Ｃｈｕｎ－ｙａｎ，ＢＡ　Ｑｉ—ｘｉａｎ，ＣＵｌ　Ｊｉａｎ—ｚｈｏｎｇ　（Ｔｈｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｆ　ｏＥｄｕｃａｔｉｏｎ　ｆ０ｒ日ｅｃｌｒ０ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，　Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１　１　０００４，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄｓ　ｗｅｒｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｈｙｐｅｒｅｕｔｅｃｔｉｃ　ＡＩ一１８％Ｓｉ　ａＩＪＤｙ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｏｌｉｄｉｆｉａｔｃｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｌｌｏｙ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｔ　ｊｓ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｉｍａｒｙ　Ｓｊ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ｌｏｎｇｅｒ　ａｎｄ　Ｉｏｎｇｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｕｔｅｃｔｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｄｅｎｓｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｔ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ＤＣ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｉｆｅｌｄ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅ．Ｔｈｅ　ｐｒｉｍａｒｙ　Ｓｉ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｃｏａｒｓｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｕｔｅｃｔｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｓ　ａｌｍｏｓｔ　ｉｄｅｎｔｉｃａＩ　ａｓ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｔ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ＡＣ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅ　ｄｅｃｌｉｎｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＡＩ．１　８％Ｓｉ　ａｌｌｏｙ；ＤＣ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ；ＡＣ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｉｆｅｌｄ；ｓｏｌｉｄｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　过共晶铝硅合金是一种重要的铸造合金，广泛应　试验装置可分为３部分：　（１）加热部分；　（２）控　温部分；　（３）磁场部分，其装置简图见图１。其中，　①加热部分由电阻炉等组成。②控温部分￣ＮｉＣｒ－ＮｉＡＩ　热电偶和可控硅控温仪组成。③磁场部分由３８Ｏ匝彼此　绝缘的铜线圈组成，所加磁场由交／直流电源控制。　用在航空、航天及汽车制造等领域【”。其特点是初生ｓｉ　的显微硬度很高，为ＨＶ　ｌ　０００　１　３００，而ａ—ＡＩ的显微　硬度仅为Ｈｖ　６０～１００。该合金是一种软基体上分布着　硬质点的轻质耐磨结构材料，体积稳定性比亚共晶　Ａ１．ｓｉ合金高［２１。但由于过共晶铝硅合金中的针状共晶　硅及粗大的多角形或板条状的初晶硅，严重地割裂了　基体，在硅相的尖角处和棱角处引起应力集中，使合　金变脆，力学性能特别是伸长率显著降低，且合金的　切削性能亦很差『３１。这些均严重制约过共晶铝硅合金的　广泛应用。为提高该类合金的力学性能，改善其凝固　组织，细化初生ｓｉ，一些学者在合金凝固过程中施加　磁场。研究了磁场对合金凝固组织的影响『４　，表明磁　场对合金凝固组织有细化作用。本文通过在ＡＪ一１８％Ｓｉ　合金的液态、半固态、固态施加磁场，研究不同温度　区间施加磁场对合金凝固组织的影响。　１　试样２．坩埚３　热电偶４．陶瓷管５　电阻丝６，电磁线圈　１　试验　１．１试验装置　图１试验所用装置简图　Ｆｉｇ．１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ａｐｐａｒａｔｕｓ　基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０４０４００７）；辽宁省科学技术基金（２００３１０１５）。收稿日期：２００５—０９—２９收到初稿，２００６－０３一ｌ８收到修订稿。　作者简介：龙春仙（１９８０－－），男，广东翁源县人，在读硕士研究生，主要研究方向：铝硅合金在电磁场下的凝固。Ｅ—ｍａｉｌ：ｍｙｒｏｎｌｏｎｇ＠１６３．ｃｏｒｎ　维普资讯 http://www.cqvip.com

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铸造　龙春仙等：电磁场对Ａｌ一１８％Ｓｉ合金凝固组织的影响　・７４１・　（ａ）７６０℃施加交流磁场　（ｂ）７１０℃施加交流磁场　（ｃ）６４０℃施加交流磁场　（ｄ）５６０℃施加交流磁场　网４　不同温度施加交流磁场下的初生ｓｉ形态　Ｆｉｇ　４　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆｔｈｅ　ｐｒｉｍａｒｙ　Ｓｉ　ｓｏｌｉｄｉｉｆｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ＡＣ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ａｐｐｌｉｅｄ　ａｔ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　在对样品进行显微观察发现。在７６０℃施加交流　成初生硅。仅在７６０℃施加交流磁场时，试样中心部　磁场的试样中心部位出现了细碎的初生硅，而其他试　位发现细小的初生硅，在其他试样中均未发现，表明　样，包括７１０℃施加交流磁场的试样，初生硅均分布　交流磁场在高温熔体中产生的结构起伏和能量起伏效　在边缘，中部都没有观察到，如图５所示。经研究，这　应较大，在熔体温度低时，起伏效应减小。　可能是因为交流磁场对导电熔体有搅拌作用，熔体的　交流磁场施加温度高低对于共晶组织并没有明显　能量起伏和结构起伏较大，有可能在试样中心区域生　的影响，都能得到较细密的共晶组织。　（ａ）７６０℃施加交流磁场　（ｂ）７１０℃施加交流磁场　图５不同温度施加交流磁场的试样中部初生ｓｉ出现情况　Ｆｉｇ．５　Ｃｅｎｔｒａｌ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｓｏｌｉｄｉｉｆｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ＡＣ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ａｐｐｌｉｅｄ　ａｔ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　［２］毛卫民，李树索．赵爱民，等．电磁搅拌ＡＩ－２４％Ｓｉ合金的显微组　４结论　织［Ｊ］．中国有色金属学报，２００１，Ｉｌ（５）：８ｌ９—８２３．　（１）随着直流磁场开始施加的温度的降低，初生　［３］联合编写组．铸造有色合金及其熔炼［Ｍ】．北京：国防１＝业出版　社，ｌ９８２．　Ｓｉ由粗大逐渐变得细长；随着交流磁场开始施加的温　［４］周永欣，谢辉，吕振林．电磁搅拌对铝硅合金显微组织的影响　度的降低，初生ｓｉ的尺寸也逐渐粗大。　［Ｊ］．铸造技术，２００３，（３）：１９９—２Ｏ１．　（２）随着直流磁场开始施加的温度的降低，迷宫　［５］毛卫民，李树索，赵爱民，等．电磁搅拌对过共晶Ａ１．ｓｉ合金初生　状共晶组织越来越细密，所占面积分数越来越大；交　ｓｉ长大过程和形貌的影响【Ｊ】．材料科学与工艺，２００１，９：ｌ１７一　流磁场下得到的都是细密的共晶组织。　ｌ２１．　（３）在７６０℃施加交流磁场的样品中心部位观察　［６　王艳，边秀房，徐昌业，等．直流磁场作用下ＡＩ６］．１８Ｓｉ合金的凝固　到细小的初生硅，这可能是交流磁场在高温熔体中产　行为『Ｊ］．金属学报，２０００，３６：１５９—１６１．　生的起伏效应较大所致。　［７］何树先，王俊，孙得宝，等．高密度脉冲电流对过共晶Ａ１．ｓｉ合金　凝固组织的影响［．『】．中国有色金属学报，２００２，１２：２７５—２７８．　参考文献：　［８］傅明喜。吴晶，司乃潮．脉冲电流对Ａ１．ｓ冶金缩孔及凝固组织的　…彭晋民，钱翰城．铸态铸造铝硅合金的现状和发展［Ｊ］．铸造技　影响［Ｊ］．热加工工艺，２００３￣　（１）：２４—２７．　术，２０００，（６）：３２—３４．　（编辑：郭桂林，ｇｕｏｇｌ＠ｆｏｕｎｄｒｙｗｏｒｌｄ．ｃｏｍ）