电磁铸造 - 模具行业基础百科——模具行业从业者必备知识手册

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电磁铸造是建立在电磁流体力学基础上，并与冶金工程相结合的先进材料加工方法。

铝合金电磁铸造系统是将电磁作用力直接作用于液态金属，驱动其定向移动，采用以电磁泵升液系统为工艺技术核心的低压铸造技术可以克服传统气压式低压铸造工艺缺点。

电磁泵是一种输送导电流体的装置，它是在液体金属的固定方向上通过外加电场和外加磁场作用，把电磁推力直接作用在液体金属上使之定向流动。在电磁泵的流槽内部充满导电金属液体，流槽的上下两侧分别是电磁铁的两个磁极，流槽的左右两侧是电极。电磁泵工作时，流槽内的液态金属受到电流和磁场的共同作用，这两个方向互相垂直，根据安培左手定则，液态金属将受到电磁作用力，从而被推动产生定向流动。

电磁铸造的关键在于利用电磁力约束液态金属成型。液柱的稳定成型是电磁铸造技术的关键，通过设计独特的直边圆弧电磁感应器产生磁场，作用于导电的液态金属柱，使其侧面垂直、表面稳定，实现半悬浮状态。其核心原理是通过交变电流在感应线圈中生成磁场，使金属熔体内部产生涡电流并形成电磁压力，替代传统结晶器约束金属形态。

<h3>铸造方法分类</h3>

对于长宽比例不同的板形铸坯进行电磁铸造时主要有两种方式：水平铸造法和垂直铸造法。

<h4>水平电磁铸造法</h4>

利用水平的高频 (HF) 电磁场与由 HF 感应生成的涡电流相互作用，使金属液水平方向悬浮起来实现熔体成形；水平电磁连铸法是以电磁力代替结晶器进行连铸的方法，它可彻底解决铸坯表面缺陷等问题。

<h4>垂直电磁铸造法</h4>

使金属液垂直穿过由长宽比大的电磁感应线圈产生的 HF 电磁场，熔体成形通过来自感应线圈的垂直 HF 电磁场与感应的涡电流共同作用实现。静压力的影响受垂直移动的电磁场控制。

垂直电磁铸造法是采用较多的一种铸造方法。垂直铸造法因高频低幅磁场约束金属形态的效果显著，成为主流应用，并通过低频移动磁场平衡静压力优化工艺稳定性。

垂直铸造需要用到三种电磁场：
① 高频低幅磁场：用于约束液体金属；
② 低频移动磁场：能覆盖到金属熔体宽度方向的绝大部分，以便抵消液体金属静压力的作用；
③ 高频移动磁场：可以提高悬浮力，用于补偿铸坯边部的重力。

电磁铸造法（EMC）与传统的带有结晶器的铸造法 (direct chill casting，DC) 相比，具有以下主要特点：

(1) DC法的液体金属凝固靠结晶器壁的传热和二冷水区的冷却，而在EMC法中，金属液凝固主要在冷却水的激冷作用下进行；
(2) 金属熔体在电磁场作用下进行结晶，液穴范围内的熔融金属将受到电磁场所固有的强制运动；
(3) 由熔体下弯面到水冷带距离比传统的直接铸造法小得多；
(4) 电磁铸造不存在金属铸模与铸锭外壳之间的直接接触；
(5) 内部组织在强冷却及电磁搅拌条件下形成。由于电磁搅拌作用，EMC中的金属液穴较浅，凝固前沿较平直，糊状区宽度也较小，枝晶间距较小，化学成分均匀，铸锭宏观组织均为细小等轴晶，因而具有较好的压延性能。

电磁场的作用能有效抑制铸造裂纹的产生，例如 CREM 法通过改善铸造条件（如缩小不可补缩区、降低内应力、使高温脆性区主要处于受压状态）和提高合金抗热裂能力（如缩小高温脆性区、提高固液状态伸长率等）两方面途径，消除铝合金铸锭中的裂纹。

此外，电磁铸造技术在实际应用中还展现出定量浇注和低压浇注的技术特点：
<ul>
<li>定量浇注：流量控制精确连续可调、隔绝液态金属与空气接触降低氧化夹杂、浇注速度快提高生产效率、可实现自动浇注降低劳动强度。</li>
<li>低压浇注：金属液传输平稳避免氧化吸气、流量及加压规范精确连续控制响应迅速、炉体可在保护气氛下工作减少气体溶入。</li>
</ul>

鉴于以上特点，用电磁铸造法铸造的铝或铜合金，其表面质量、宏观组织、显微结构、偏析和机械性能均有明显的提高，铸成的锭子加工性能得到改善，成品收得率高，无需进行表面精整处理，轧制后不用切边或切边量减少，使综合成材率提高。

<h3>设备与参数</h3>

电磁铸造技术建立了具有工业规模的电磁铸造成套装置。关键设备部件包括：

<ul>
<li>直边圆弧电磁感应器：能形成侧面垂直、表面稳定的液柱；</li>
<li>热顶-电磁成型系统：通过热顶约束液柱顶部和电磁力约束下部，用于铝薄板铸造；</li>
<li>铝/镁合金电磁低压铸造设备：保温炉容量不小于 200 千克，充型压力范围为 0 至 0.5 标准大气压，充型及保压时间可达 300 秒。单泵系统流量在 0 至 3.5 千克/秒之间，双联泵系统流量在 0 至 6 千克/秒之间。</li>
</ul>

电磁铸造技术主要用于铝合金和镁合金的生产，具体产品形态包括扁锭、圆锭和薄板。

例如：
<ul>
<li>制造工业规模的纯铝和 3004 铝合金扁锭 (520×130×900mm) 及 2024、5182、6063 铝合金圆锭 (φ174×1000mm)；</li>
<li>成功制造出尺寸为 480×20×850mm 的铝薄板；</li>
<li>该技术也适用于镁合金制品生产。</li>
</ul>

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本文整理自百度百科"电磁铸造"词条

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<h4> 相关标准参考</h4>
<ul>
<li>GB/T 12555 塑料注射模模架</li>
<li>JB/T 6057 塑料模成型零件技术条件</li>
</ul>

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