旋转磁场对锌合金水平连铸坯组织及偏析的影响

摘要

锌基合金具有制备工艺简单，能耗低，污染小等优点，已成为国内外学者研究的热点，被看做是21世纪的新材料，一种理想的铜合金替代品。国外许多国家，如英国、美国、日本等在锌合金的生产方面已经拥有了较为成熟的技术，其锌合金产品被广泛应用于家电、建筑、文具、电子通讯、水暖设备及汽车等领域。在我们国家，变形锌合金的生产技术研究才刚刚起步，仍然有较大的发展空间，合金存在反偏析和组织不均匀性，难以实现挤压成型，在取代铜合金时，锌合金的切削性能很难满足加工要求。因此，研究一种合适的工艺使锌合金拥有良好的机械性能和切削性能对于铜合金的取代具有重要的意义。
　　旋转磁场以其高效、非接触的搅拌形式可以改变熔体内部的传热和传质过程，以便获得理想的流场和温度场，可以有效的细化铸坯的晶粒、消除凝固组织及合金元素分布不均匀等缺陷。本文对锌合金水平连铸过程进行跟踪，通过对试验过程中相关工艺参数的优化及匹配，获得了组织及性能优异的铸坯，为高质量锌合金铸坯的生产提供技术支撑。
　　论文主要对两种锌铜合金Zn-7Cu-0.25Mn，Zn-4.5Cu-0.2Mn-0.3Bi，一种锌铝合金Zn-10Al-2Cu-0.4Mg进行了研究，探索如何利用施加电磁场的办法来改善铸坯的组织性能，消除元素的偏析，克服由于重力而导致的上部凝固速度低于下部，最后凝固位置偏离几何中心上移的现象，提高产品的深加工性能。实验结果表明，旋转磁场对锌合金水平连铸坯凝固组织具有明显的细化作用，能够有效抑制偏析，消除凝固组织不均匀和最后凝固点上移的现象。对于Zn-7Cu-0.25Mn，Zn-4.5Cu-0.2-0.3Bi锌铜合金，当电流为100A，频率30Hz，拉坯速度为3m/hr左右时表层的反偏析得到显著地改善，边部和心部组织最为均匀细小。对于Zn-10Al-2Cu-0.4Mg锌铝合金，施加旋转磁场后树枝状的富铝相转变成颗粒状，当频率为30Hz，电流为80A，拉坯速度为4mm/s时，气孔被部分消除，边部和心部组织得到细化。