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第13卷第2期
宽厚板
ol.13.No.2
2007年4月
WIDE AND HEAVY PLATE
Apml2007?⊥
试验硏究
脉冲电场对普碳凝固组织的影响
张旺胜廖直友闵常杰王海川
(安徽工业大学
摘要通过改变脉冲电场的电压对普碳钢熔体进行处理,得到了晶粒细化的效果,并针对晶粒细化效果
得出了最优的脉冲电压控制参数。利用原位分析仪分析了凝固过程钢中主要元素的分布与偏析情况。在电场
对主要元素的分布影响方面做出了探索性的研究,并结合前人的研究成果,浅析了脉冲电场的作用机制。
关键词脉冲电场钢液凝固组织晶粒细化元素分布
Effect of Pulse Electric Field on Solidification
Microstructure of Carbon Steel
Zhang Wangsheng, Liao Zhiyou, Min Changjie and Wang Haichuan
Anhui University of Technology)
Abstract Through changing the voltage of pulse electric field to process molten carbon steel, we obtained refined
grain and optimized control parameters of pulse voltage corresponding to the refined grain. The main element distribution
and segregation in e molten steel during solidification were analyzed by the OPA(original position analyzer)and the
ffect of electric field on the main element distribution was investigated. Combining with previous achievements, the
functioning mechanism of pulse electric filed was also studied
Keywords Pulse electric field Molten steel, Solidification microstructure, Grain refinement, Element distribution
1前言
断下降法,使电极始终与钢熔体接触,以延长电场
脉冲电场是控制金属凝固过程的一种新方作用时间。电场作用下处理电压与处理时同如表
法,对改善金属的成分布、疏松、气孔、缩孔等缺1所示。
陷有显著的作用,已经成为提高金属材料质量的
表1不同试样的处理实验方案
重要环节,但目前大多数都是针对低熔点的合金
样品编号
1#2#3#4#5
电压/V
进行处理,文献们表明电场具有细化晶粒的能
处理时间3030303030
力,还能改善了金属凝固结构和表面缺陷,但其作
用机理还不明确。外部电场参数控制也没有统
实验结果与分析
的标准,而且对高熔点钢液处理的研究较少,尤其
是对元素的分布影响研究基本未见报道。本文对
3.1不同脉冲电场对微观组织的影响
高熔点钢液进行脉冲处理研究,分析脉冲电场对
从1#到5#钢样的照片中分别提取10张,对
高嫆点钢液的作用机理,利用OPA技术对实验样这10张照片的要求是其上面所拍晶粒必须在该
品中Si、Mn元素分布的影响做探索性研究。
样品所有晶粒中占绝大多数,进行晶粒度统计对
比分析。这些照片都是在统一放大倍数(100倍)
2实验
下获得的(图1)。
在1550℃下融化钢样,保温30min,使其融
通过比较可以看出:经过电脉冲处理的试样
清。然后施加脉冲电场,电场作用30s后,取出(2#~5#)凝固组织的晶粒均比未经过电脉冲处
电极,进行空冷。冷却后的样品进行金相分析。理试样的(1#)凝固组织晶粒短而且细。未经电
处理电极为钢棒,为了防止钢棒熔断,釆用电极不脉冲处理的凝固组织中,晶粒比较粗大。2#~5#
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第13卷
晶粒非常细小,而且大小均匀。在试验中施加电看,经过电脉冲处理试样的凝固组织,其晶粒明显
脉冲时,由于引进了脉冲电场,必然会产生一个磁细化,细小枝晶明显增多。另外一个原因是电脉
场,脉冲电流在自身磁场作用下,会产生一个脉冲冲造成了钢液过热度减小,瞬时径向压力使熔体
式径向压力,通过力的作用改善了嫆体的流动性,迅速振动,使局部迅速失去过热,形成足够大的过
破碎了枝状晶,使晶粒得到细化。从金相照片上冷度,致使形核率提高
#试样(末处理)
试样
3#试样
#试样
5#试样
图1不同试样凝固的微观组织(注:不同电压下选用1张具有典型代表的照片)
3.2 Imagej软件统计分析
表2不同试样的晶粒个数与平均面积
对1#~5#试样的金相照片分别提取10张具
样品号晶粒个数品粒平均面积( pixel.
有典型代表性的照片进行 Imagej软件统计分析,
2604.296
2102.138
本文选用一组上文所列的照片进行了分析。
1879,446
Imagej 3软件处理后的图片,每张 Imagej软件
987,628
处理照片都跟金相照片原始图进行对照分割和合
#
1118,124
并得到,保证了处理的精度(图2)
处理后得到的数据如表2所示。从表2可3.3原位分析的元素分布
知,施加脉冲电场可明显细化晶粒,且电压在6V
原位分析( Original Position Analysis,OPA)是
时达到最优状态,而8V电压处理时,晶粒又比6采用无预燃连续激发的方式对样品表面进行扫描
V处理的晶粒要稍大一点,这也就说明了,脉冲电分析,它得到的是样品表面原始状态下不同成分
场处理不能仅从力的角度单方面去解释,焦耳热的连续变化结果,即对整个样品的表面进行扫描
也是不容忽视的,由于大量焦耳热的产生,使冷却能够真实地反映出样品表面的成分和缺陷的变化
速度降低,导致了柱状晶的成长。从晶粒分布图情况。本文针对8V电压处理后样品的底面进行
可明显看出:6V电压作用后,出现了更为细小的了原位分析,扫描面积:20mmx20mm,得到了Si
晶粒颗粒。而在电压升到8V后,晶粒反而增大。和Mn的分布情况,如图3所示。