脉冲磁场对定向H13钢凝固组织的影响

doi:10.11901/1005.3093.2016.226

材料研究学报

2017, Vol. 31

Issue (10): 721-727 DOI: 10.11901/1005.3093.2016.226

研究论文

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脉冲磁场对定向H13钢凝固组织的影响

张建伟, 李应举, 杨院生(

)

中国科学院金属研究所沈阳 110016

Effect of Applied Pulsed Magnetic Field during Directional Solidification on Solidified Structure of H13 Steel

Jianwei ZHANG, Yingju LI, Yuansheng YANG(

)

Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China

引用本文:

张建伟, 李应举, 杨院生. 脉冲磁场对定向H13钢凝固组织的影响[J]. 材料研究学报, 2017, 31(10): 721-727.
Jianwei ZHANG, Yingju LI, Yuansheng YANG. Effect of Applied Pulsed Magnetic Field during Directional Solidification on Solidified Structure of H13 Steel[J]. Chinese Journal of Materials Research, 2017, 31(10): 721-727.

全文: PDF(1921 KB) HTML

摘要:

研究了脉冲磁场对不同抽拉速率条件下H13钢定向凝固组织的影响。结果表明：施加脉冲电压为50-200 V的脉冲磁场,可使H13钢的一次和二次枝晶间距减小,且其减小的程度随着脉冲电压升高而增加;随着脉冲磁场频率的提高,一次和二次枝晶间距呈现先减小后增加的趋势;随着抽拉速率的提高,枝晶间距减小的幅度降低。在定向凝固过程中,施加脉冲磁场使加热区的高温熔体向凝固前沿流动,提高了凝固前沿附近液相温度,从而使凝固前沿温度梯度升高,导致枝晶间距减小。

关键词 ：金属材料, 脉冲磁场, 定向凝固, 枝晶间距, H13钢

Abstract：

The effect of pulsed magnetic field (PMF) on the solidified structure of H13 steel during directional solidification with various growing rates was investigated. It was found that the primary dendrite arm spacing (λ₁) and the secondary dendrite arm spacing (λ₂) both decreased under the PMF with exciting voltages in a range of 50 V-200 V. λ₁and λ₂decreased with the increase of exciting voltage. With the increase of magnetic field frequency, λ₁ and λ₂firstly decreased and then increased. While with the increase of growing rate, the reduction degree of λ₁ and λ₂ decreased. The PMF causes melt convection during directional solidification, which brings hot melt in the heating zone to the solidification front, thus the temperature gradient near the solidification front increases, leading to the decrease of λ₁ and λ₂.

Key words： metallic materials pulsed magnetic field directional solidification dendrite arm spacing H13 steel

收稿日期: 2016-04-26

ZTFLH:

TG111

基金资助:国家自然科学基金(51674236、51034012)

作者简介:

作者简介张建伟,男,1990年生,研究生

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图1 实验装置示意图

图2 不同电压脉冲磁场的作用下H13钢定向凝固横截面和纵截面的枝晶组织

图3 不同电压脉冲磁场作用下定向凝固H13钢枝晶间距的统计结果

图4 不同磁场频率作用下H13钢定向凝固横截面和纵截面的枝晶组织

图5 不同频率磁场作用下定向凝固H13钢的枝晶间距统计结果

图6 不同抽拉速率下有无脉冲磁场定向凝固H13钢的横截面组织

图7 不同抽拉速率下有无脉冲磁场定向凝固H13钢的纵截面组织

图8 不同抽拉速率下的定向凝固H13钢的一次枝晶和二次枝晶间距的统计结果

图9 未施加脉冲磁场和施加脉冲磁场凝固前沿熔体流动对温度梯度影响示意图

图10 未施加脉冲磁场和施加5 Hz/200 V脉冲磁场定向凝固H13钢凝固前沿枝晶组织

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