直流磁场对Al-Cu合金定向凝固组织的影响.pdf

直流磁场对 “ 合金定向凝固组织的影响 时海芳， 顾春雷， 刘晴 （辽宁工程技术大学机械工程学院， 辽宁阜新 “ ） 摘要采用 9） ， 男， 河北景县人， 副教授， 硕士 定向凝固技术是研究金属凝固行为的重要方 法， 而在此基础上进行的外加磁场对合金凝固的研 究也已取得某些新进展。4 8世纪; 8年代中后期就 开展了施加旋转电磁场产生外力作用下的定向凝固 研究 ［1］ 。在定向凝固条件下， 施加电磁场， 产生电 磁搅拌， 强制液相流动， 使枝晶碎化。直流磁场在金 属凝固中的主要作用是抑制熔体流动以及与电场交 互作用下的电磁搅拌， 而此情况下的研究有助于进 一步了解磁场对金属凝固行为的影响， 从而丰富金 属凝固理论。 1 实验方法 将 “ 5 8 时， 保温2 8 , .。最后， 加上8 3 1 4 /的磁 场， 坩埚以8 3 6 , ,／, .的速度下降， 进入冷却槽冷 却。制成直径为4 ; , ,的棒， 沿轴向剖开， 观察组织 结构。 4 试验结果与讨论 “ 宏观组织 图4和图2分别为 “ 5 是附加磁场下定向凝固试样的显微组织照片， 树枝晶主干排列较齐， 而且树枝晶一次枝晶平均间 距较小。 “ 直流磁场对宏观组织的影响 从图4和图2的无磁场作用下宏观组织与有磁 场作用下的宏观组织对照中， 可以看到在磁场作用 下， 柱状晶组织的宽度增加。表明直流磁场使晶体 竟争生长机制的作用更加明显。晶体竟争生长机制 发生作用， 取向与热流方向平行或接近平行的晶粒 生长速度快， 逐渐推开取向不利的晶粒向前发展。 第 卷第1期 4882年4月 有色金属 L M L N O O M P BQ N / R B S E “ 3 ，L E 3 1 T ’ - ’ U4882 万方数据 图 “ 的显微组织对照发现， 在直流磁场的 影响下， 柱状枝晶的一次臂平均间距较小， 而且枝晶的 取向较为一致， 这是磁场抑制对流的结果。直流磁场 与运动流体之间的交互作用具有 “电磁制动”（） 的功能， 当流体在直流磁场中运动时， 在其内部产生感 生电流， 从而产生洛伦兹 （ * . 7 , ） 力抑制流体的运动。 合金凝固过程中对流使固液界面温度扰动， 因而枝晶 尖端参差不齐， 其周围的液体中富集的溶质被流动的 液体及时带走， 枝晶分支得到发展， 从而使枝晶一次臂 平均间距增大。但是， 在直流磁场的作用下， 凝固过程 中的对流被抑制或削弱之后， 枝晶横向生长受到抑制， 枝晶分支的发展也受到抑制。而枝晶一次臂平行于热 流方向的纵向生长迅速 ［5］ ， 从而使一次臂的取向较为 （下转第A B页， 3 * 7 , “ 7 - . 6* 7C D A B） A 有色金属第; ;卷 万方数据 则随固化进行， 界面曲率一直呈上升趋势。由此得 出， 冷源半径不宜太大。增大石墨托底的厚度和坩 埚的厚度使界面曲率下降。倘若增大石墨托侧壁的 厚度则界面曲率增大。因此采用底部较厚的石墨托 有利于获得较小的界面曲率。 结论 （“） 石墨托侧壁的厚度在满足支撑作用的前提 下要尽可能薄。 （） 石墨托底部越厚越有利于得到性能优良的 硅锭。 （） 石英坩埚的厚度和冷源半径有最佳值， 与实 际工艺中所用炉子的热场分布、 热循环情况关系很 大， 需要结合实际参数来确定。 （） 在铸锭过程的起始和收尾阶段， 加热器温度 的降低速率必须足够小， 以避免细晶的出现和应力 过于集中， 从而导致锭的开裂。 参考文献 ［“］ ，“ ， ［］魏彦峰，方维政，张小平，等.垂直 ’ 6 0 6 * 6 5 2 45 2 3 2 J 2 * 3 E .8 2 0 1 L 3 ’0 2 * 6 4 2 G 1 ’ 2 5 ［7］ .78 ’ , 3 “ ， N 2 L 4 6 * 3 ; ; 2 J ’ 3 ; 5 L ’ J ; 5 L ’ J 3 ; 6 4 5 ’ N 2 3 3 2 03 ; 6 5 K 4 2 G 3 ; ’ 6 3 L 1 1 2 ’ 3 ’ 3 ; 6 4 5 ’ 6 6 5 K 4 2 G 3 ; ’ 6 3 L 1 M 1 2 ’ 3 ’ ./ 3 6 G 0 3 ; 6 5 KN 2 3 3 2 0 ’ 6 3 L 1 1 2 ’ 3 ’ . A *0 * 0 1 ’ 6 0 B 1 - “4 , 5 “ 2 8 2 * .，/ , 9 A ; 5 ; 6 ’ 5 3 6 2 4 G G 5 3 2 G 3 0 6 ’ 5 3 6 2 4 ’ L * 3 ; 2 3 ; 6 3 ;2 G 3 ; 5 2 * L 0 4 5 2 4 J 5 3 6 2 4 2 G 3 ; 0 2 * 3 4 3 3 6 2 4 ’ ,0 4 3 6 5 G 6 * . A *0 * ’ 6 * 5 6 4 5 G 2 L 4 3 6 2 4；E * M 8 L * * 2 ,； 6 ’ 5 3 6 2 4 * 2 * 6 6 G 6 5 3 6 2 4；5 2 * L 0 4 ’ 5 ’ , 3 * * 6 4 ’ 6 4 ； T 80 4 3 6 5 G 6 * B“ 第“期刘秋娣等多晶硅锭凝固过程的影响因素分析及数值模拟 万方数据