强磁场对Al-Si合金凝固组织中硅分布的影响

王春江; 王  强; 王亚勤; 黄  剑; 赫冀成

doi:10.7498/aps.55.648

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摘要
为了揭示强磁场对金属凝固组织的影响规律，本文研究了Al-14.98%Si(质量分数)和Al-9.2%Si(质量分数)合金在强磁场作用下凝固组织的变化趋势，分析了强磁场对合金凝固组织中Si分布的影响.研究发现，均恒磁场和梯度磁场分别通过洛伦兹力和磁化力的作用对合金的凝固组织产生影响，强磁场可以显著改变初晶硅在合金中的分布状况.在均恒磁场作用条件下初晶硅在合金中均匀分布；在梯度磁场条件下，由于磁化力和浮力的共同作用，初晶硅在试样的上部或下部聚集.同时，磁化力也改变了共晶体在合金中的组织形态，使试样上部和下部共晶体的层片间距明显不同.理论和实验分析表明，Al-Si合金在强磁场中凝固时，磁场能作用于凝固过程，使共晶体中的Al含量增大，共晶点向左偏移.

关键词:
强磁场 /

凝固过程 /

共晶组织 /

Al-Si合金
Abstract
In order to find the effects of high magnetic fields on the solidification processes of metallic materials, the changes of solidified structures of Al-14.98% Si and Al-9.2% Si alloys were examined in this study. The alloys were solidified under different magnetic field conditions, and then the distribution and morphologies of Si element in the solidified structures was analyzed. It is found that uniform magnetic fields and gradient magnetic fields can affect the solidified structures of the alloy by Lorenz force and magnetization force respectively, and the imposed magnetic fields also can change the distribution of primary Si crystals in the alloy remarkably. The primary Si crystals distributed homogeneously under uniform magnetic field conditions, while they congregated at the upside or downside of samples by the combined action of buoyancy and magnetization force under gradient magnetic field conditions. Furthermore, the morphologies of eutectic crystals in the alloy were changed by the magnetic fields and the layer thickness of eutectic crystals were different at the upside and downside under gradient magnetic field. Both theoretical analysis and examinations indicated that magnetic energy also affected the solidifying process, the content of eutectic aluminum in eutectic structure increased and eutectic point left-shifted when Al-Si alloy solidified under high magnetic fields.

Keywords:
high magnetic fields /

solidification process /

eutectic structures /

Al-Si alloy
作者及机构信息
王春江¹,

王强¹,

王亚勤²,

黄剑¹,

赫冀成¹

(1)东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室，沈阳 110004; (2)沈阳铸造研究所，沈阳 110021

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：50204004，50374027)、教育部优秀青年教师资助计划项目(批准号：2003023)和国家重大基础研究项目(批准号：G1998061510)资助的课题.
Authors and contacts
Wang Chun-Jiang¹,

Wang Qiang¹,

Wang Ya-Qin²,

Huang Jian¹,

He Ji-Cheng¹

(1)东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室，沈阳 110004; (2)沈阳铸造研究所，沈阳 110021
参考文献

施引文献

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[2]	李国建, 常玲, 刘诗莹, 李萌萌, 崔伟斌, 王强. 强磁场下Sm-Fe薄膜不同晶态组织演化及磁性能调控. 物理学报, 2018, 67(9): 097501. doi: 10.7498/aps.67.20180212
[3]	王宏明, 朱弋, 李桂荣, 郑瑞. 强磁与应力场耦合作用下AZ31镁合金塑性变形行为. 物理学报, 2016, 65(14): 146101. doi: 10.7498/aps.65.146101
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[6]	苑轶, 李英龙, 王强, 刘铁, 高鹏飞, 赫冀成. 强磁场对Mn-Sb包晶合金相变及凝固组织的影响. 物理学报, 2013, 62(20): 208106. doi: 10.7498/aps.62.208106
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[15]	周丽丽, 刘让苏, 侯兆阳, 田泽安, 林艳, 刘全慧. 冷速对液态金属Pb凝固过程中微观团簇结构演变影响的模拟研究. 物理学报, 2008, 57(6): 3653-3660. doi: 10.7498/aps.57.3653
[16]	张洁, 刘门全, 魏丙涛, 罗志全. 强磁场中修正URCA过程的中微子产能率. 物理学报, 2008, 57(9): 5448-5451. doi: 10.7498/aps.57.5448
[17]	易学华, 刘让苏, 田泽安, 侯兆阳, 王鑫, 周群益. 冷却速率对液态金属Cu凝固过程中微观结构演变影响的模拟研究. 物理学报, 2006, 55(10): 5386-5393. doi: 10.7498/aps.55.5386
[18]	龙文元, 蔡启舟, 魏伯康, 陈立亮. 相场法模拟多元合金过冷熔体中的枝晶生长. 物理学报, 2006, 55(3): 1341-1345. doi: 10.7498/aps.55.1341
[19]	庞雪君, 王强, 王春江, 王亚勤, 李亚彬, 赫冀成. 强磁场对铝合金中溶质组元分布状态的影响效果. 物理学报, 2006, 55(10): 5129-5134. doi: 10.7498/aps.55.5129
[20]	侯兆阳, 刘让苏, 李琛珊, 周群益, 郑采星. 冷速对液态金属Na凝固过程中微观结构影响的模拟研究. 物理学报, 2005, 54(12): 5723-5729. doi: 10.7498/aps.54.5723

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强磁场对Al-Si合金凝固组织中硅分布的影响

1. (1)东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室，沈阳 110004; (2)沈阳铸造研究所，沈阳 110021

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：50204004，50374027)、教育部优秀青年教师资助计划项目(批准号：2003023)和国家重大基础研究项目(批准号：G1998061510)资助的课题.

收稿日期: 2005-06-10

修回日期: 2005-09-22

刊出日期: 2006-01-05

摘要: 为了揭示强磁场对金属凝固组织的影响规律，本文研究了Al-14.98%Si(质量分数)和Al-9.2%Si(质量分数)合金在强磁场作用下凝固组织的变化趋势，分析了强磁场对合金凝固组织中Si分布的影响.研究发现，均恒磁场和梯度磁场分别通过洛伦兹力和磁化力的作用对合金的凝固组织产生影响，强磁场可以显著改变初晶硅在合金中的分布状况.在均恒磁场作用条件下初晶硅在合金中均匀分布；在梯度磁场条件下，由于磁化力和浮力的共同作用，初晶硅在试样的上部或下部聚集.同时，磁化力也改变了共晶体在合金中的组织形态，使试样上部和下部共晶体的层片间距明显不同.理论和实验分析表明，Al-Si合金在强磁场中凝固时，磁场能作用于凝固过程，使共晶体中的Al含量增大，共晶点向左偏移.

关键词:

Effects of high magnetic fields on the distribution of Si in solidified structures of Al-Si alloy

1.
(1)东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室，沈阳 110004; (2)沈阳铸造研究所，沈阳 110021

Received Date: 10 June 2005

Accepted Date: 22 September 2005

Published Online: 05 January 2006

Abstract: In order to find the effects of high magnetic fields on the solidification processes of metallic materials, the changes of solidified structures of Al-14.98% Si and Al-9.2% Si alloys were examined in this study. The alloys were solidified under different magnetic field conditions, and then the distribution and morphologies of Si element in the solidified structures was analyzed. It is found that uniform magnetic fields and gradient magnetic fields can affect the solidified structures of the alloy by Lorenz force and magnetization force respectively, and the imposed magnetic fields also can change the distribution of primary Si crystals in the alloy remarkably. The primary Si crystals distributed homogeneously under uniform magnetic field conditions, while they congregated at the upside or downside of samples by the combined action of buoyancy and magnetization force under gradient magnetic field conditions. Furthermore, the morphologies of eutectic crystals in the alloy were changed by the magnetic fields and the layer thickness of eutectic crystals were different at the upside and downside under gradient magnetic field. Both theoretical analysis and examinations indicated that magnetic energy also affected the solidifying process, the content of eutectic aluminum in eutectic structure increased and eutectic point left-shifted when Al-Si alloy solidified under high magnetic fields.

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