Raymond[63] 认为电磁搅拌降低了未凝液态金属的温度梯度，这有利于等轴晶的形成。

4.2 实验设备及方法

实验设备是自行设计的悬臂式电磁离心铸造机如图3.1所示。离心机动力设备选用了Z2-22型直流电机，可以调节离心机的转数。实验选用的电磁铁铁心的横截面积为80mm×80mm，在Al－Si合金电磁铁的气隙为120mm，Al－0.5％Cu合金和HK40钢实验中电磁铁气隙增大为135mm，电磁铁在两种气隙下工作电压与在铸件内、外壁处静态下的磁感应强度的关系曲线如图4.2(a)、(b)。

铸型由三高石墨（高强度、高密度、高纯度）加工而成，Al－Si合金中铸型壁厚为15mm，Al－0.5％Cu合金、HK40钢中铸型厚度变为28mm。

实验的熔化设备有WSW型20KW中频感应炉、KQ-10型箱式高温电炉、6#石墨粘土坩埚、内部打上石英砂衬的16#石墨粘土坩埚。测速采用SSC-1型数字式闪光测速仪。测温采用500℃水银温度计、镍铬-镍铝热电偶、单铂铑热电偶。

实验用的Al－13.7％Si和Al－25.0％Si、Al－19.4％Si合金，由A0铝和单晶硅熔炼而成。

实验采用的Al－0.5％Cu合金，由A0铝和Al－33％Cu共晶合金在中频炉内熔炼而成。

　　HK40钢料由真空炉冶炼而成。

　　Al－Si合金实验中先将配制好的合金在箱式高温电炉内熔化，达到浇注温度后加入0.4％C2 Ｃl6 进行除气，然后放回箱式高温电炉中保温2分钟后进行浇注。浇注开始前将电磁铁通电调至要求的

磁感应强度，并将离心机调至所需要的转数。浇注完毕后要随时调节直流电机的工作电压与电流，使离心机的转数保持恒定，数字式闪光测速仪可以始终监控离心机的转数，因而离心机的转数误差很小。

Al－0.5％Ｃu合金实验中除浇注温度、离心机转数、电磁铁工作电压、铸型温度等参数变化外其它实验步骤与Al－Si合金实验的相同。其中浇注温度为700℃、离心机转数为2000ｒ/min、铸型温度为300℃。

　　为防止熔炼中增碳，HK40钢用16#石墨粘土坩埚内部打上石英砂衬。实验中先将真空炉炼成的HK40钢料放入加工过的石墨坩埚内在中频感应炉中熔化。钢水熔化后要及时测量钢水温度，钢水测温采用单铂铑热电偶。当温度达到1500℃时加0.1％纯Al脱氧，然后快速使钢水过热到1600℃就可以进行浇注。铸型内壁涂一层较薄的涂料。铸型温度为180℃浇注前将离心机调至工作转数，浇注后电磁铁立即工作并控制加磁时间。待铸件凝固并降温一段时间以后取出铸件空冷。

　　HK40钢实验中选取了磁感应强度(由电磁铁电压控制)、加磁时间、离心机转数三因素二水平进行了正交实验。

Al－Si合金铸件的尺寸为内径46mm外径70mm长度为90mm，Al－0.5％Cu合金铸件尺寸为Φ70×Φ40×90mm，HK40钢铸件尺寸为Φ70×Φ36×90mm。

　　Al－Si合金和Al－0.5％Cu合金在铸件中部取样，取样位置如图4.3。HK40钢距端部15mm处取样观察铸件的宏观组织，中间取料加工成标准拉伸试样进行高温机械性能试验。

分析手段有宏观组织的观察，光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）下观察试样的微观凝固组织。Al-Si合金光学显微镜下微观凝固组织不腐蚀，SEM下观察用腐蚀剂为90g水、4mlHF、4ml 浓H2 SO4 、2g CrO3 ；Al－0.5％Cu合金宏观组织腐蚀剂为5％NaOH溶液，微观组织腐蚀剂与Al-Si合金用的相同；HK40钢宏观组织用冷酸(10g CuSO4 、50ml 浓HCl、10ml 浓H2 SO4 )腐蚀，微观组织用腐蚀剂为浓HCl3份、浓HNO3 1份、甘油1份。采用层层剥离法取样化学分析Al－Si合金各层Si的含量。

图4.3 Al－Si合金和Al－0.5％Cu合金取样位置图

4.3 电磁离心铸造对Al－Si合金凝固组织的影响

Al－Si合金各试样的主要实验参数如表4.1

11#～15#为Al－25％Si合金,31#～33#为Al－19.4％Si合金21#～25#为Al－13.7％Si合金

4.3.1 液态金属的速度分布

取σ=2.2×107 (Ωm)-1 [64] ，η=0.11Ns/m2 [65] ，修正系数bm =10-3 。由2.24式计算出各试样在凝固刚刚开始时液态金属的速度分布如图4.4所示。

　　　表4.1 Al－Si合金各试样的主要实验参数
 

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