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1绪论1

1.1镁及镁合金概述1

1.1.1镁及镁合金的性质及特点1

1.1.2镁合金的分类3

1.1.3镁合金的用途3

1.2镁合金凝固组织细化5

1.2.1化学方法细化5

1.2.2物理方法细化7

1.3超声场在金属材料制备过程中的应用8

1.3.1功率超声发展概述8

1.3.2功率超声在液体中的基本机制9

1.3.3超声场在金属凝固过程中的应用10

1.4电磁场在金属材料制备过程中的应用13

1.4.1不同形式电磁场在金属凝固过程中的应用13

1.4.2电磁场在半连续铸造过程中的应用16

2功率超声在镁合金熔体中的传播与空化19

2.1超声在镁合金熔体内的传播行为19

2.1.1超声在介质中传播的主要物理量19

2.1.2镁合金熔体中变幅杆端面的超声折反射行为21

2.1.3功率超声在镁合金熔体中的传播特性21

2.2镁合金熔体内超声空化29

2.2.1空化理论29

2.2.2空化泡运动方程推导32

2.2.3超声在镁合金熔体中的空化行为34

2.2.4空化效应38

2.3镁合金熔体中的声流及其驱动力42

2.3.1声流的定义及分类42

2.3.2声流驱动力推导44

3超声场下镁合金凝固组织演变48

3.1连续超声处理对二元镁合金凝固组织的影响48

3.1.1等温合金熔体经不同功率连续超声处理的合金铸态组织48

3.1.2等温合金熔体经不同时间连续超声处理的合金铸态组织50

3.1.3不同等温合金熔体经连续超声处理的合金铸态组织54

3.1.4合金降温过程中连续超声处理对合金凝固组织的影响56

3.2超声场对工业镁合金凝固组织及性能的影响63

3.2.1连续超声处理对AZ80镁合金组织及性能的影响63

3.2.2连续超声处理对AS41镁合金凝固组织的影响85

3.2.3连续超声处理对AZ80镁合金锭坯力学性能影响92

3.2.4连续超声处理制备AZ80合金锭经挤压后组织及性能97

3.3脉冲超声处理对AZ80合金组织及性能的影响100

3.3.1脉冲超声处理对AZ80镁合金凝固组织的影响100

3.3.2脉冲超声处理对AZ80镁合金锭坯力学性能的影响105

3.4超声场作用下镁合金凝固组织细化机理105

4镁合金超声-电磁半连续铸造基础理论111

4.1超声场下半连续铸造过程声场控制方程111

4.1.1声衰减与吸收111

4.1.2声场的控制方程112

4.2低频电磁半连续铸造过程电磁控制方程113

4.2.1金属熔体中的交变电磁场113

4.2.2电磁场与熔体交互作用117

4.2.3电磁场对熔体流动的影响119

4.2.4低频交变电磁场在镁合金半连续铸造过程中的应用120

4.3半连续铸造过程中流场与温度场控制方程123

4.4半连续铸造过程中合金凝固数学模型125

4.5数学模型的假设与简化126

4.6边界条件127

4.6.1声场计算的边界条件127

4.6.2电磁场计算的边界条件127

4.6.3流场和温度场的边界条件128

4.7数值模拟的过程和方法131

4.8直径为165mm的镁合金铸锭半连续铸造过程数学模型132

4.8.1实验材料的物性132

4.8.2边界条件133

4.8.3几何模型及网格划分135

4.9超声场下镁合金半连续铸造数值模拟136

4.9.1镁合金熔体中的超声场及声流驱动力分布136

4.9.2超声场对流场的影响137

4.9.3超声场对温度场的影响139

4.9.4不同超声功率下的超声场及其对流场和温度场的影响139

4.10超声场在半连续铸造过程中有效空化区域分析143

4.10.1超声在镁合金熔体中的空化阈144

4.10.2声场分布及有效空化区域分析146

4.11低频电磁场对流场和温度场的影响147

4.11.1电磁场及洛伦兹力分布147

4.11.2电磁场对流场的影响147

4.11.3电磁场对温度场的影响149

4.12超声-低频电磁组合场下镁合金半连续铸造数值模拟150

4.12.1超声工具杆材质对流场和温度场的影响150

4.12.2功率超声-低频电磁组合场对流场和温度场的影响167

5低频电磁场下镁合金半连续铸造过程中传热与凝固175

5.1低频电磁半连续铸造及传统半连续铸造传热与凝固对比175

5.1.1液穴及两相区形状175

5.1.2两相区及液相区内温度场177

5.1.3锭坯凝固组织178

5.1.4锭坯宏观偏析181

5.2浇注温度对传热与宏观组织的影响183

5.2.1浇注温度对液穴及两相区的影响184

5.2.2浇注温度对两相区及液相区内温度场的影响184

5.2.3浇注温度对锭坯宏观组织的影响184

5.2.4浇注温度对合金元素分布的影响185

5.3电磁频率对传热与宏观组织的影响186

5.3.1低频电磁参数对液穴与两相区形状的影响187

5.3.2电磁频率对两相区与液相区内温度场的影响188

5.3.3电磁频率对锭坯宏观组织的影响189

5.3.4电磁频率对合金元素分布的影响190

5.4电流强度对传热与宏观组织的影响192

5.4.1电流强度对液穴与两相区形状的影响192

5.4.2电流强度对两相区与液相区内温度场的影响193

5.4.3电流强度对锭坯宏观组织的影响195

5.4.4电流强度对合金元素分布的影响196

5.5电磁场对结晶器传热的影响197

6超声-低频电磁场下镁合金半连续铸造工艺199

6.1单一低频电磁场作用下镁合金半连续铸造工艺研究199

6.1.1低频电磁和传统半连续铸造镁合金铸锭表面质量199

6.1.2低频电磁和传统半连续铸造镁合金铸锭宏观组织200

6.1.3低频电磁和传统半连续铸造镁合金铸锭微观组织200

6.1.4低频电磁和传统半连续铸造镁合金铸锭力学拉伸性能202

6.1.5低频电磁和传统半连续铸造镁合金铸锭结晶相203

6.1.6不同低频电磁参数下铸锭宏观组织204

6.1.7不同低频电磁参数对铸锭微观组织的影响205

6.1.8不同低频电磁参数对铸锭宏观偏析的影响207

6.1.9不同低频电磁参数对铸锭力学性能的影响208

6.1.10单一低频电磁场作用下镁合金半连续铸造机理209

6.2单一超声场作用下镁合金半连续铸造工艺研究212

6.2.1超声和传统半连续铸造镁合金铸锭宏观组织212

6.2.2超声和传统半连续铸造镁合金铸锭微观组织213

6.2.3超声场对铸锭宏观组织的影响214

6.2.4超声场对铸锭微观组织的影响214

6.2.5超声施振深度对铸锭微观组织的影响217

6.2.6超声场对铸锭力学性能的影响219

6.3低频电磁-超声组合场作用下镁合金半连续铸造工艺研究220

6.3.1组合场作用下铸锭宏观组织220

6.3.2组合场作用下铸锭微观组织222

6.3.3组合场作用下铸锭力学性能224

参考文献226