电磁成形高温合金大宽厚比板状件的实验研究

对大宽厚比(4：1)的高温合金(K3)板状件电磁成形包括工艺、感应器结构、屏蔽罩等进行了研究。结果表明：合理的感应器结构能使板状坯料均匀地沿横截面周界熔化并能约束一定高度的金属液柱；屏蔽罩能够调节感应器内的磁场分布，使感应器内的熔体处于合理状态；在其它条件一定的情况下，有一适合的抽拉速度和电源功率匹配，使熔化和凝固达到动态平衡；最后获得了表面质量良好、组织定向的宽厚比为4：1的高温合金板状件。     

耐热不锈钢真空双频电磁约束成形

研究了真空下耐热不锈钢的双频电磁约束成形过程,建立了真空下电磁约束成形的双感应器-熔体-屏蔽罩耦合系统.结果表明:双频电磁成形中,两感应器间距增至25mm时,预热感应器基本不影响成形感应器中的磁场分布,但能独立调整熔体的温度分布,调节电磁成形系统的有效热力比.屏蔽罩与成形感应器配置合适时,有效地调节成形感应器内磁场分布,使加热区域上移,熔体的下固/液界面升高,达到电磁压力有效作用范围内,有利于过程的耦合;同时也避免对冷却介质过分加热,改善了冷却条件.合理的有效热力比仅是保证成形耦合的必要条件;更充分的条件是,产生最大静压力的液/固界面必须刚好在最大电磁压力的作用点上.最后采用双频电磁约束成形方法获得了表面质量较好的、组织定向的大宽厚比耐热不锈钢板状件.     

纯铝熔体无接触电磁约束成形的实验观察

电磁场是决定电磁约束成形成败的关键因素.为此,对圆柱形铝件的无接触电磁成形过程以及电磁成形感应器中的磁场分布特性进行了实验研究.结果表明:对于直径小于10 mm的铝样,铝表面的氧化皮在电磁成形过程中起了很大的作用;而对于直径大于10 mm的铝样,铝表面的氧化皮对电磁成形的影响就非常小;感应器高度、感应器内壁倾角,感应器内径以及电流对感应器中的磁场分布影响较大,负载影响较小.可以通过磁场感应强度来设计成形感应器高度;同样,也可以通过感应器高度来计算成形一定高度的金属熔体所需要的磁感应强度.     

电磁约束成形用冷坩埚内磁场分布规律

用测量的方法获得磁场分布规律，结果表明，磁场在感应线圈内较大，向两端衰减；轴向磁场随功率的增加而增大，随半径的减小而减小，从开缝处向瓣内减小，不过减小不明显；径向磁场随半径减小急剧减小，随线圈匝数增加而减小。轴向磁场大于径向磁场，对电磁约束成形起主要作用的是轴向磁场。     

双频电磁约束成形的温度场研究

双频电磁约束成形是一种利用较高频率电磁场熔化金属和利用较低频率约束金属熔体成形，同时实现金属坯料无坩埚熔化和无型成形的先进加工技术。测试并分析了不锈钢(1Crl8Ni9Ti)双频电磁约束成形过程中的温度场及其影响因素。结果表明，成形线圈功率仅影响成形温度场大小而对温度场峰值位置无影响；加热线圈功率和成形样件抽拉速率同时影响成形温度场大小与峰值位置；稳定成形时成形样件抽拉速率的变化改变熔体的温度，而熔体高度在一定的范围内无明显变化，即稳定成形时熔体高度恒定。利用双频电磁约束成形技术制备了大宽厚比不锈钢样件，其宏观组织为定向组织。     

变截面送料双频电磁成形过程的稳定性

电磁成形技术是1种能同时实现固态坯料加热熔化和液态金属约束成形的新型材料制备技术，适用于中小尺寸活泼金属，高温合金，难熔金属和高纯金属的加热熔化及其复杂截面构（坯）件的无容器近终成形，分析影响金属熔体变截面送料双频电磁成形稳定性的因素，研究表明：（1）影响液态金属双频电磁成形的因素有：液柱高度、试样表面的磁感应强度大小和液态金属的表面张力，3者满足确定的关系，才能保证液态金属电磁成形的稳定性；（2）屏蔽罩与成形感应圈的配置，两感应圈的间距和抽拉速度等工艺参数的合理控制对成形稳定起到重要作用。     

行波磁场发生器上磁场分布及其熔体充型特征

利用ANSYS软件，计算了行波磁场发生器上方的磁场变化规律，并与试验检测结果进行了对比，两者结果吻合较好。发现了与行波磁场极距相关的临界熔体长度现象，当熔体长度小于临界长度时，行波磁场对熔体的运动不产生影响，该临界长度与极距有关。金属熔体在行波磁场铸造充型过程中受到6个力的作用，这6个力共同作用的结果使熔体充型过程中速度的变化存在加速、匀速、减速的变化规律，解释了与此相对应的铸造缺陷如冷隔、浇不足等形成的原因，并提出了两种改变磁场分布的方法。ANSYS计算结果表明，用这两种方法可以实现递减分布的磁场。     

连续和半连续铸造用的感应装置

本发明叙述了金属连续和半连续铸造装置。在工艺上已知的这类装置由向其内浇入熔融金属的环形电磁感应圈、使感应圈电磁场在轴向分布的电磁屏蔽和向正在成形的铸锭表面供给冷却液体的环形装置所组成。冷却液供给装置是由一具有环形喷嘴的环形集流管所构成,而环形喷嘴是靠集流管壁与电磁屏蔽下部锥形部分形成的。该喷嘴向感应圈和铸锭间的缝隙供给冷却液并以锐角朝向铸锭表面。     

脉冲磁通量密度和Lorentz力的数值模拟

用ANSYS5．5有限元软件对在脉冲磁场中金属熔体凝固条件下，直螺线管线圈及其内部凝固样品中的瞬态脉冲磁通密度、洛伦兹力做了数值模拟。模拟计算结果表明，在脉冲磁场中凝固的条件下，直螺线管线圈内及其凝固样品中脉冲磁通密度和洛伦兹力分布具有轴向、径向分布不对称性和不均匀性。脉冲磁通量和洛伦兹力的这种分布特性对了解脉冲磁场凝固条件下，瞬态的脉冲磁通量和洛伦兹力的特性及其对金属熔体的凝固行为和凝固组织的作用具有重要意义。     

脉冲磁场作用下矩形截面宽厚比对K4169高温合金晶粒细化的影响

研究了脉冲磁场作用下K4169高温合金矩形截面试件的凝固组织以及具有不同宽厚比矩形截面试件的晶粒细化效果,计算模拟了脉冲磁场作用下试件熔体中电磁场和流场的分布情况,并对细化机理进行了分析.实验结果表明,施加脉冲磁场后,K4169高温合金矩形试件的凝固组织得到了不同程度的细化,当试件宽厚比为1时,施加脉冲磁场可以使凝固组织晶粒显著细化;随着试件宽厚比增大,脉冲磁场的晶粒细化效果减弱.计算模拟结果表明,脉冲磁场在熔体中产生周期性的压-拉电磁力,导致熔体产生周期性振荡和呈环流形式的对流.在相同磁感应强度的脉冲磁场作用下,试件宽厚比越接近1,试件内的电磁力和流速越大,有利于模壁晶核游离及枝晶臂破碎,从而使晶粒得到细化.     

移动磁场铸造用感应器的磁感应强度及分布

采用小线圈法和CT-3A特斯拉计相结合的试验方法，研究了移动磁场铸造用感应器磁场强度变化及分布特征。结果表明：磁感应强度沿纵向分布呈周期性变化；距感应器表面越近，变化幅度越大，反之，分布越均匀，磁感应强度随距离的增大而呈指数衰减；沿横向分布除边缘效应外，比较均匀。磁感应强度与输入电流安匝数成正比；采用铁磁性材料，有金属上型能明显增加感应器的磁场强度。     

电磁铸造电磁作用力的数学分析及试验研究

对电磁铸造圆形感应器产生的磁场在金属熔体内的电磁作用力进行了理论分析和实验研究。指出导体中电磁作用力仅存在于径向及轴向方向上。电磁作用力的大小不仅与磁感应强度有关，还与磁感应强度的分布梯度有关；电磁有旋力是由于磁场分布不均匀造成的，其旋度方向在柱坐标系的周向方向上。试验研究分析了感应器结构、电流等工艺参数对电磁场分布的影响。     

电磁成形感应器中的磁场分布特性

研究了电磁成形感应器中磁场分布特性 ,结果表明 :感应器的高度和内壁倾角对感应器中的磁场分布影响较大 ;负载的影响较小 ;下屏蔽罩的位置变化 ,显著影响感应器中的磁场大小和分布规律     

横向磁场感应器结构优化及对焊缝加热效果的影响

直焊缝焊后感应热处理用横向磁场感应器拆分为主线圈与副线圈两部分,并分别设计制作了3种主线圈与3种副线圈.通过研究主、副线圈不同组合情况下所构成的感应器磁场、优化感应器结构,分析得出了各种感应器对焊缝感应加热的影响.所分析的感应器结构参数包括主线圈凹槽深度与宽度,副线圈相对主线圈配置的角度等.     

基于电磁力随焊控制残余应力和变形的可行性分析

提出了基于脉冲电磁力随焊控制焊接应力及变形新方法.针对平面螺旋线圈,采用ANSYS软件论证了该方法的可行性.该方法的基本思想是将电磁线圈置于焊件上方,并在焊接过程中使其始终处于靠近焊枪的合适位置.将线圈通入较大的脉冲电流,产生变化磁场,使焊件感生涡流,线圈和焊件之间产生电磁力的作用.依靠电磁力对热态焊缝及近缝区金属的延展作用控制残余应力及变形.结果表明,平面螺旋线圈轴向电磁力的方向垂直板面向下,能够延展高温金属.基于电磁力随焊控制焊接残余应力和变形是可行的.     

电磁胀形时轴对称线圈受力的理论研究

电磁成形是在航空、航天等领域中得到应用的一种先进制造技术,理论研究涉及塑性动力学及电磁学。成形线圈设计是电磁成形工艺的关键技术之一,而设计线圈的理论依据之一是线圈受力分析。文章采用数值模拟的方法,研究了轴对称线圈胀形时的磁场,得到了成形瞬间螺线管线圈和阶梯形线圈的受力分布。采用代数解析的方法,计算了轴对称线圈所受到的磁场力的径向分量。理论研究表明,线圈受到的力是体积力,线圈的形状、结构参数和相对安装位置对线圈的受力影响很大,解析法可定性分析线圈径向受力。     

移动磁场感应器及其在薄壁铝合金铸件中的应用

阐述了移动磁场发生器在薄壁铝合金铸件充型中的原理、所用设备及其基本结构、绕组形式和制造关键,研究了移动磁场发生器的电磁特征及磁场空间分布规律,总结了移动磁场铸造的技术特点,在与金属型铸造、压铸比较的基础上,讨论了移动磁场铸造的主要优点及其适用范围。     

电磁无接触成形过程熔体形状的数值模拟及实验研究

应用有限元方法模拟计算了电磁约束成形过程中感应器结构、固／液界面位置、熔体上顶面位置、电流频率及熔体种类对熔体形状的作用规律。结果表明：喇叭形内壁的感应器中熔体可获得侧面基本垂直的理想形状；固／液界面、熔体上顶面位置对熔体形状有明显的影响：电流频率的变化对熔体成形形状的影响很小：在感应器结构、固／液界面及熔体上顶面位置等确定后，合金种类对熔体形状几乎没有影响。同时对电磁成形规律进行了研究，表明实验与模拟计算的结果取得了很好的吻合。用电磁成形方法完成了Al合金、TiAl化合物和Ni基高温合金的无接触成形，制备出了样件，并对组织实现了定向控制。     

高频导磁体感应器的制作

通过对电子管高频振荡线路的分析和对导磁体感应器的试验，制作合适的高频导磁体感应器。