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　　摘要：通过对水平连铸黄铜棒添加电磁场后的铸态组织、密度、力学性能的研究，分析了电磁场对复杂黄铜铸造的影响.分别进行了普通水平连铸和加电磁场水平连铸试验，研究了电磁场作用下黄铜水平连铸铸坯的凝固组织、力学性能、物理性能等的变化，为黄铜的加电磁场水平连铸生产提供合理的电磁场设计、优化铸造工艺奠定一定基础.

　　关键词：铜合金；电磁连铸；凝固组织；力学性能

　　中图分类号：TG146.1+1文献标志码：A

　　0前言

　　在铜加工中，熔铸铸坯是决定铜材内在质量和性能的最关键因素之一.目前某司黄铜棒锭坯生产多采用水平连铸技术，凝固组织中柱状晶发达，由于后道加工率较小及其遗传性作用，对后序加工和产品性能均有影响[1-2]，因此，对改善铸态组织新工艺的研究非常迫切.

　　李新涛[3-5]将旋转磁场、工频磁场和中频磁场的电磁搅拌应用于铜管坯水平连铸，改善了铸坯的结晶组织、表面质量和力学性能.可见，将交变电磁场引入连铸过程，可以改善材料的表面质量、细化晶粒、增加铸坯等轴晶率、提高铸坯的加工和力学性能[6].

　　基于电磁场对材料结晶过程的影响，本试验将中频电磁场应用于黄铜连铸中，探索电磁连铸在黄铜生产中应用的效果和适用性.试验中，分别进行了普通水平连铸和加电磁场水平连铸，研究电磁场作用下黄铜水平连铸铸坯的凝固组织、力学性能和物理性能等，为下一步黄铜的加电磁场水平连铸生产提供合理的电磁场设计和优化铸造工艺.

　　1试验

　　试验原理和连铸电磁成型装置结构如图1所示.试验装备包括1.5t级工频有芯感应炉、水平连铸机、电磁成型结晶器、水冷系统、拉坯控制系统和中频电源等.将HPb58

　　2铅黄铜铸造成40mm的棒材，选用不同的电流、频率，并施加电磁场进行工业生产，考察电流频率、电流强度对铅黄铜棒坯凝固组织、密度和力学性能的影响.

　　图1结晶系统装置图

　　Fig.1Crystallizationsystem

　　2结果与讨论

　　2.1电磁场对铸坯表面质量的影响

　　图2为未施加电磁场和施加电磁场铸坯的外观形貌.从图2（a）中可以看出，未施加电磁场的铸坯表面比较粗糙，周向振痕较深，脱锌致氧化锌富集区较大.从图2（b）中可以看出，施加电磁场后，铸坯表面的周向振痕明显减弱，同时材料表面变得更加光滑，脱锌致氧化锌富集区明显减小.根据电磁感应理论可知，水平电磁连铸铸坯表面质量提高的主要原因是：当线圈中通过交变电流时，交变电流在周围空间产生交变磁场，处在交变磁场中的金属将产生感应电流，交变磁场和感应电流相互作用，产生指向金属液内部的电磁压力.在水平连铸条件下，电磁压力抵消了部分重力和金属液的静压力，从而减小了初始坯壳与石墨模具之间的摩擦力，提高了连铸坯的表面质量.同时，感应电流的热效应也影响了结晶器的传热过程，进而改善了液态金属的初始凝固状态，在一定程度上提高了铸坯的表面质量[6-7].

　　图2试验铸坯外观形貌

　　Fig.2Apperanceoftestedcastblanks

　　2.2电磁场对铸坯结晶组织的影响

　　图3为拉速400r/min、不同频率与不同电流强度下试验铸坯的显微组织照片.从图3中可以看出，未施加电磁场时，铸坯凝固组织均匀性很差，有明显的粗大柱状晶存在.从图3（b）～图3（d）中可以看出，当施加电磁场后，粗大的柱状晶得到了显著的细化，成为细小均匀的等轴晶，铸坯凝固组织均匀性得到明显改善.随着电磁连铸电源输出电流的增大（0A→10A→100A），等轴晶组织呈现逐渐均匀的趋势，而铸坯内部的柱状晶组织则趋向短粗化，并进一步地向等轴晶化发展.当电源表观电流为100A时，铸坯断面已无柱状晶组织.从铸坯断面的晶粒数量来看，随输入电流的增大，晶粒明显增多、细化.同样，随着输出频率的提高，也有类似的趋势.

　　图3拉速400r/min、不同频率和

　　不同电流强度下的显微组织

　　Fig.3Microstructureunderdifferentfrequency

　　anddifferentintensityofelectricalcurrent

　　atdrawingspeed400r/min

　　2.3电磁场对铸坯密度的影响

　　图4为拉速400r/min，不同频率和不同电流强度下的试验棒坯密度变化图.图4中，0Hz代表未加电磁铸造时的试样密度.