试述电磁离心铸造的基本原理与运行方式.docx

          试述电磁离心铸造的基本原理与运行方式                    摘要：近年来电磁作用在工业、农业、医疗卫生等方面的应用越来越广泛并且引起了人们极大的兴趣，尤其电磁作用在冶金生产中的应用经过人们几十年的探索，已经取得了很大的进展，并且越来越受到科学工作者的重视电磁作用对金属凝固过程的影响是其中最重要的方面对铸造工作者来说提高铸件质量是最重要的任务，而提高铸件质量的关键在于改善铸件的凝固过程与传统方法不同，电磁作用为有效地控制铸件凝固过程开辟了广阔的前景为此，本文结合一些实践经验对电磁离心铸造工艺原理及运行方法进行论述关键词：电磁离心铸造工艺原理运行0引言研究电磁作用在冶金生产中的应用的基础就是电磁流体力学以前的研究主要侧重于电磁作用在液态金属中造成流动，进而流动改变了金属的凝固过程而电磁作用对液态金属的物理性质产生的影响也会影响金属凝固过程，而且由于不同物质的电磁特性不同，因而在其它工艺条件相同情况下电磁作用对它们的影响也会不同1电磁离心铸造的基本原理1.1液态金属受力分析电磁离心铸造中液态金属受到离心力、重力以及电磁力的作用其中重力的方向始终向下但重力相对离心力来说很小，因此可以忽略。

1.1.1离心压力离心压力始终沿径向向外在液态金属中取微元，该微小单元产生的离心压力为：ｄp＝ρω2rｄrｐr＝ρω2(r2－r02)1.1.2电磁力电磁铁气隙磁场的分布并不是十分均匀的当气隙较小时一般可以认为是均匀的以下分析及运算中是以有效工作区气隙间磁力线均匀分布为前题的液态金属随铸型旋转过程中切割磁力线，感生出感生电流，感生电流密度为：J＝σV×B＝σμHVθsinωt感生电流沿轴向，垂直于液态金属线速度方向与磁力线方向构成的平面感生电流垂直于磁力线方向，与磁场相互作用就在液态金属中产生了电磁力（Lorentz力），电磁力为体积力单位体积上的电磁力为：f＝σJ×B＝σ（μH）2Vθsinωt1.2电导率、磁导率与粘度液态金属电导率不仅受温度影响，而且受磁场变化频率、压强的影响液态金属电导率比固态下小得多，随温度的升高而下降除Li外，几乎所有液态金属的电阻率随压力的升高而下降并且压力对液态金属和固态金属的影响差别很大在电磁离心铸造条件下，液态金属在压力和相对变化的磁场下结晶，其中磁场的变化频率为f0＝n／60在电磁离心铸造条件下，由于液态金属不是充满整个铸型因此感生电流很难在液态金属自身内部构成回路，当通过铸型两端构成回路时则要克服液态金属与铸型之间很大的界面接触电阻。

另一方面，由于磁场和液态金属的切向线速度由外到里沿径向方向衰减，因此液态金属径向上也存在着微弱感生电动势和感生电流液态金属中的感生电流宏观上是沿轴向的，微区内则存在涡电流综合这几种因素，电磁离心铸造条件下，液态金属的电导率要与正常值差别较大另外液态金属的电导率也随析出相的长大而变化由第一部分知道磁导率也受磁场变化频率的影响，因此液态金属的磁导率和空气的磁导率也不同1.3剪切力由于液态金属中存在着相互滑动，此时液态金属中的剪切力为：ｄVθ11τ＝ηeffr（）＝ηeff（Ca0r2＋C2a0r4）互不相溶组元和异相质点的运动规律由于液态合金中互不相溶组元各自的电导率、磁导率不同，因而它们受到的电磁力也不同，分别为：f1＝σ1（μ0μr1H）2Vθ1f2＝σ2（μ0μr2H）2Vθ2又因它们的粘度不同，这就造成了各组元的切向运动速度也不同各组元的切向运动速度分别为：11Vθ1＝a01r＋C1a01r3＋C12a01r5）11Vθ2＝a02r＋C2a02r3＋C22a02r5）其中ａ01＝111＋C1R2＋C12R4ａ02＝111＋C2R2＋C22R4因此不同组元间会发生径向相对运动，导致分层现象。

可见异相质点偏析方向完全取决异相质点与液态金属的密度差当异相质点的密度大于液态金属的密度时，异相质点向外表面偏析；当异相质点的密度小于液态金属的密度时，异相质点向内表面偏析2电磁离心铸造工艺的运行电磁离心铸造并不是恒稳磁场与离心铸造的简单配合,电磁离心铸造的各工艺参数都受到磁场的影响，因此需要根据电磁离心铸造本身的规律确定各工艺参数2.1电磁离心铸造机2.1.1铸型的选择所用铸型除符合一般离心铸造要求外，还要不呈现磁性，电导率要小以尽量减小磁场对铸型的影响一般可选用不锈钢、高强石墨等近来发展了一种无磁铸铁，其具有在磁场下不呈现磁性、强度高、导热性好等优点适于用作电磁离心铸造用铸型材料2.1.2电磁铁的选择在铸型运动不受影响情况下，电磁铁气隙应当尽量小以提高电磁铁工作效率电磁铁的水平中心线应与铸型中心线相一致电磁铁两极的横断面积应根据离心铸管的尺寸确定，电磁铁应设有自动控制系统和冷却防护装置2.2离心机转数的确定由于电磁力在切向上的分量起阻碍液态金属随铸型运动的作用，因此离心机的转数也应该提高以保证铸件成形电磁离心铸造中凝固刚刚开始时，液态金属内壁的速度为：11Vθ＝a0r0＋Ca0r03＋C2a0r05）2.3磁场强度的确定在电磁离心铸造下对于电导率与磁导率不同的液态金属或合金磁场强度的大小取值范围不同。

对于电导率与磁导率较大的磁场强度的取值要小一些，如铝及其合金、铜及其合金等；对于电导率与磁导率较小的磁场强度取值要大一些，如铸钢、铸铁等磁场强度选择要适当，太小则起不到应有的作用，太大则不利于获得合格铸件2.4电机输出功率的确定铸型为电导体，因而在电磁离心铸造条件下也存在感生电流，也受到电磁力的作用由于磁场对离心机铸型和液态金属的旋转运动起阻碍作用，因此离心机电机要提高输出功率才能保持在正常情况下的转数3由以上分析所得到的结论3.1电磁离心铸造是一种新工艺，具有广泛的研究内容和很大的潜在应用价值3.2在电磁离心铸造下合金凝固组织可以控制，柱状晶倾斜生长并细化，并促进了向等轴晶转变3.3液态金属或合金中各相间及异相质点与基体之间由于在电磁特性上的差别，它们在电磁离心铸造下的运动规律不同，因而它们的偏析方向与程度可以得到控制因此电磁离心铸造还可以用作生产新型材料的方法，如制取梯度材料、复合材料等3.4电磁离心铸造能够改变离心铸件的微观组织，从而改变其性能以上各方面的工作只是初步研究，电磁离心铸造方面的研究还有待于今后进一步深入  -全文完-。