工业纯铝凝固时铁硅杂质相的电磁效应

论文摘要

纯铝由于具有一系列优良的性能,在我国国民经济的各个部门获得了广泛的应用。材料的性能与组织结构密切相关,因此研究和分析纯铝的凝固组织具有重要的作用和意义。另一方面,在材料的凝固过程中施加电磁场,会对金属凝固过程产生显著影响,对于制备新材料也具有重要的意义。因此,本文研究了工业纯铝在电磁场下的凝固组织中出现的基本现象,初步探讨了电磁场的作用机理。包括直流磁场、交流磁场、直流梯度磁场、交流电流以及电流和磁场共同作用对杂质相分布、形态、尺寸的影响；对晶内溶质含量、相组成、晶格常数及相取向的影响。这些基本问题的研究,丰富了材料电磁过程理论,为今后研究工作的开展奠定了基础。本文得到如下结论：（1）磁场处理后,直流磁场对晶粒尺寸没有明显的影响,试样中汉字状、骨骼状组织增多；交流磁场使晶粒呈扇形的柱状晶,杂质向试样心部聚集,整个试样上杂质相细碎。（2）试样经磁场处理后,β-AlFeSi相减少,α-AlFeSi相增多,交流磁场处理的试样中α-AlFeSi相含量最多。这说明,磁场的处理可以促进α-AlFeSi相的生成。另外,交流磁场处理后,试样中FeAl3相增多。另一方面,磁场处理可增加Fe、Si原子在基体Al中的浓度。（3）直流梯度磁场因其梯度小,且熔体是在很短时间内凝固的,故对晶粒尺寸没有明显的影响。梯度磁场处理后,杂质相向磁场强度增强方向聚集,试样中大部分杂质相细碎,呈短棒状排列在晶界上。（4）交流电场处理可以细化晶粒。8A（电流密度为39.31mA/mm2）的交流电流条件下,冷却速度为20℃／min时,组织细化效果好,试样中部组织大小仅为无外场时的1／7,杂质相含量比无外场条件下的少1／3；杂质相尺寸小,直径在2μm左右。组织细化,杂质相球化,有利于提高工业纯铝的塑性。电场处理可增加纯铝中Fe、Si原子固溶在基体中的浓度,且Si偏析程度减轻。XRD分析表明,与无外场处理的试样相比,电流处理后,试样顶部电极附近杂质相α-AlFeSi相增多,Al6Fe相减少,FeAl3相消失。（5）合适的电磁场参数,能够获得细化的组织。电磁场处理后,晶内Si、Fe含量基本增加,且Si偏析程度减轻。在I=16A,B=0.34T时,晶界变细,杂质相变得细碎相转变为短棒状相或块状相。XRD分析表明,与无外场处理的试样相比,电磁场处理后,试样顶部α-AlFeSi相减少甚至消失,β-AlFeSi相消失；试样中部,β-AlFeSi相减少。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 控制铁硅杂质相的研究现状
• 1.2.1 高纯化
• 1.2.2 提高冷却速度
• 1.2.3 添加合金元素
• 1.2.4 热处理
• 1.2.5 熔体过热
• 1.3 材料电磁过程介绍
• 1.3.1 材料电磁过程的发展与现状
• 1.3.2 电磁凝固国内外研究现状
• 1.3.2.1 磁场作用下的凝固
• 1.3.2.2 电场作用下的金属凝固
• 1.3.3 电磁场作用下的金属凝固
• 1.3.4 电磁净化
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 磁场对工业纯铝凝固组织的影响
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料及方法
• 2.3 实验结果
• 2.3.1 磁场处理对宏观组织的影响
• 2.3.2 磁场处理对横截面微观组织的影响
• 2.3.2.1 磁场对杂质相分布的影响
• 2.3.2.2 磁场对杂质相形貌、尺寸的影响
• 2.3.2.3 磁场对相组成的影响
• 2.3.2.4 磁场对晶内含量的影响
• 2.3.3 磁场对纵截面微观组织的影响
• 2.3.3.1 磁场对杂质相分布的影响
• 2.3.3.2 磁场对晶内含量的影响
• 2.4 分析与讨论
• 2.4.1 磁场对杂质相分布的影响
• 2.4.2 磁场对晶内含量的影响
• 2.4.2.1 无磁场条件下的扩散
• 2.4.2.2 直流磁场作用下的扩散
• 2.4.2.3 在交流磁场作用下的扩散
• 2.5 本章小结
• 第3章 直流梯度磁场对工业纯铝凝固组织的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料及方法
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 直流梯度磁场处理对宏观组织的影响
• 3.3.2 直流梯度磁场处理对纵剖面微观组织的影响
• 3.4 分析与讨论
• 3.5 本章小结
• 第4章 电流对工业纯铝凝固组织的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料及方法
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 电流处理对宏观组织的影响
• 4.3.2 电流处理对横截面微观组织的影响
• 4.3.2.1 电流对杂质相分布的影响
• 4.3.2.2 电流对杂质相形貌、尺寸的影响
• 4.3.2.3 电流对晶内含量的影响
• 4.3.3 电场处理对纵截面微观组织的影响
• 4.3.3.1 电流对杂质相分布的影响
• 4.3.3.2 电流对相组成的影响
• 4.4 分析与讨论
• 4.5 本章小结
• 第5章 电流和磁场共同作用对工业纯铝凝固组织的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料及方法
• 5.3 实验结果
• 5.3.1 电流和磁场共同作用对宏观组织的影响
• 5.3.2 电流和磁场共同作用对横截面微观组织的影响
• 5.3.2.1 电流和磁场共同作用对杂质相分布的影响
• 5.3.2.2 电流和磁场共同作用对杂质相形貌、尺寸的影响
• 5.3.2.3 电流和磁场共同作用对晶内含量的影响
• 5.3.3 电流和磁场共同作用对纵截面微观组织的影响
• 5.3.3.1 电流和磁场共同作用对杂质相分布的影响
• 5.3.3.2 电流和磁场共同作用对相组成的影响
• 5.4 分析与讨论
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢