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电磁超声复合能场铸轧1060铝合金板工艺及组织研究
摘要
本文研究了电磁超声复合能场铸轧工艺对1060铝合金板组织的影响。实验结果表明，采用电磁超声复合能场铸轧工艺可以显著改善1060铝合金板的组织和性能，在保持板材厚度不变的情况下，通过适当调整电磁超声功率和工艺参数，可以获得具有细小晶粒尺寸和均匀分布的再结晶组织和优异机械性能的1060铝合金板。
关键词：电磁超声；复合能场；铸轧；1060铝合金；组织；机械性能
Abstract
Inthispaper,theeffectofelectromagneticultrasoniccompositeenergyfieldcastingandrollingprocessonthemicrostructureof1060aluminumalloyplatewasstudied.Theexperimentalresultsshowthattheelectromagneticultrasoniccompositeenergyfieldcastingandrollingprocesscansignificantlyimprovethemicrostructureandpropertiesof1060aluminumalloyplates.Byadjustingtheelectromagneticultrasonicpowerandprocessparametersappropriately,afine-grainedanduniformdistributionofrecrystallizedmicrostructureandexcellentmechanicalpropertiesof1060aluminumalloyplatescanbeobtainedwhilekeepingthethicknessoftheplateunchanged.
Keywords:electromagneticultrasonic;compositeenergyfield;castingandrolling;1060aluminumalloy;microstructure;mechanicalproperties
引言
铝合金作为一种重要的轻量化材料，其用途日益广泛。1060铝合金是一种裸铝材料，具有良好的耐腐蚀性和加工性能，常用于制造电容器箔、空调散热器和船舶用材等高精度产品。由于1060铝合金具有较大的晶粒尺寸和不均匀的晶粒分布，其机械性能和成形性能有限，因此有必要对其晶粒进行细化和均匀化处理。
电磁超声技术是一种能够通过电磁力和超声波的相互作用将能量输送到材料中的新型成形技术。它具有微观尺度下的能量输送、非接触、高效、环保等特点，在金属材料加工、铸造及复合等领域具有广阔的应用前景。本文将电磁超声技术应用于1060铝合金板的铸轧加工中，探讨了电磁超声复合能场铸轧工艺对1060铝合金板组织和性能的影响，并分析了其机理。
实验设计和方法
实验材料为1060铝合金板，其成分如表1所示。实验采用电磁超声复合能场铸轧工艺，其流程如图1所示。首先，在铝液中加入适量的粒度为2-3mm的氧化铝颗粒，搅拌均匀后将铝液注入预先加热到480℃的圆形铸型内，启动电磁超声发生器，通过控制电磁超声功率和铸型转速等工艺参数，对液态铝进行加热、扰动和凝固过程中的晶粒细化和均匀化。随后将坯料进行切割、表面处理和多次轧制，制备出厚度为3mm的1060铝合金板。
表11060铝合金板的成分
元素SiFeCuMnMgZnTiAl
质量分数/%0.250.350.050.030.030.050.0399.21
图1电磁超声复合能场铸轧工艺流程图
实验结果和讨论
1060铝合金板的组织分析
图2显示了经过电磁超声复合能场铸轧和传统铸轧加工后的1060铝合金板的显微组织。可以看出，传统铸轧组织明显大于电磁超声复合能场铸轧组织，并且板材表面出现明显的气孔和皮膜等缺陷，而电磁超声复合能场铸轧组织中晶粒尺寸明显的细化，晶粒分布也更加均匀。图3为1060铝合金板的X射线衍射图谱，可以看出：电磁超声复合能场铸轧组织中强度峰值明显更宽，分布更均匀，表明出现了更多细小晶粒和晶粒尺寸更均匀的组织结构。这说明电磁超声复合能场铸轧工艺可以显著地改善1060铝合金板的晶粒组织和开发出均匀的组织结构。
图2电磁超声复合能场铸轧和传统铸轧加工后1060铝合金板的显微组织
(a)电磁超声复合能场铸轧加工后的1060铝合金板；(b)传统铸轧加工后的1060铝合金板
图3电磁超声复合能场铸轧和传统铸轧加工后1060铝合金板的X射线衍射图谱
(a)电磁超声复合能场铸轧加工后的1060铝合金板；(b)传统铸轧加工后的1060铝合金板
1060铝合金板的机械性能分析
图4显示了经过电磁超声