傳統(tǒng)的金屬鑄造方式生產(chǎn)的鑄錠為邊部是粗大的柱狀晶，逐步過(guò)渡到中心部位的細(xì)小等軸晶。這種組織在下一步的壓力加工過(guò)程中，粗大的柱狀晶影響了材料的加工性能，易產(chǎn)生缺陷，且使得加工成品率降低。常規(guī)的鑄造方法還在鑄錠的表面產(chǎn)生鑄造波紋、皺折，冷隔及表面鑄造裂紋；在鑄錠內(nèi)部產(chǎn)生氣孔、疏松、夾雜等缺陷。為了扭轉(zhuǎn)這一現(xiàn)狀，材料工作者進(jìn)行了大量的研究工作，采取的措施主要有電磁攪拌法、添加人工晶核法、機(jī)械攪拌法、振動(dòng)法、強(qiáng)脈沖法、超聲波法等多種方法。采取這些方法可從不同程度上降低或消除上述缺陷的產(chǎn)生和存在。電磁攪拌是利用電磁力的攪拌作用力，對(duì)半固態(tài)熔體進(jìn)行攪拌，打破常規(guī)金屬凝固過(guò)程中的幾個(gè)步驟及結(jié)晶過(guò)程。對(duì)半連續(xù)鑄造和連續(xù)鑄造來(lái)講，作用力施加的部位主要是結(jié)晶區(qū)。電磁技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有：1、不需加晶粒細(xì)化劑即能獲得細(xì)小的等軸晶，組織細(xì)小、均勻、致密；2、消除了常規(guī)鑄造方法中出現(xiàn)的粗大樹(shù)枝晶和柱狀晶，減少或消除了鑄錠表面和內(nèi)部的鑄造缺陷；3、對(duì)于密度差較大、固溶度較小的不同金屬制備成合金的難度大大降低；4、鑄錠的表面光滑、平整，可減少銑面量或不用銑面，直接加工。
電磁攪拌法是近幾年來(lái)發(fā)展較快的一項(xiàng)技術(shù)，下面著重對(duì)這一技術(shù)領(lǐng)域的情況進(jìn)行敘述。
電磁鑄造技術(shù)的發(fā)展概況
在上世紀(jì)六十年代，蘇聯(lián)學(xué)者I.N.格茲列夫發(fā)明了電磁鑄造法(EMC)，并于1966年在試驗(yàn)室中成功地利用EMC技術(shù)制取了第一根金屬鑄錠，將該方法于1968年申請(qǐng)了專(zhuān)利。在1969年于工業(yè)上鑄造了直徑達(dá)200mm至500mm的圓錠，以后，美國(guó)的Kaiser化學(xué)鋁公司、Reynold公司、瑞士鋁公司先后引進(jìn)了該項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上大大地發(fā)展了該項(xiàng)技術(shù)。
1978年美國(guó)的阿盧馬克斯工程金屬工業(yè)公司(AEMP)利用該項(xiàng)技術(shù)生產(chǎn)出符合要求的圓錠。目前美國(guó)的阿盧馬克斯公司用立式鑄造法和水平鑄造法生產(chǎn)直徑為75mm和150mm的圓錠，供世界各國(guó)半固態(tài)成形加工廠使用。日本在1988年成立了專(zhuān)門(mén)的金屬半固態(tài)加工開(kāi)發(fā)研究公司，該研究開(kāi)發(fā)公司的研究資金及活動(dòng)經(jīng)費(fèi)由川崎制鐵、住友金屬、神戶(hù)制鐵、三菱重工等公司提供。
在電磁技術(shù)成功地應(yīng)用于鋁工業(yè)領(lǐng)域并生產(chǎn)出合格的扁錠和圓錠后，人們?nèi)栽诓粩嗟靥剿髟擁?xiàng)技術(shù)在其他金屬和合金的鑄造生產(chǎn)中應(yīng)用的可能性。目前世界上在該項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)處于技術(shù)領(lǐng)先地位的有美國(guó)、日本、法國(guó)、英國(guó)、意大利等國(guó)家。美國(guó)的奧林公司對(duì)銅及銅合金的電磁鑄造方法進(jìn)行了研究，并開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的電磁鑄造裝置；日本的古河光明等研究了電磁鑄造技術(shù)在鎂合金生產(chǎn)中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)出應(yīng)用裝備；日本的中野合金公司在復(fù)雜黃銅水平連鑄管坯的生產(chǎn)工業(yè)上，也采取了電磁鑄造技術(shù)。鋅合金、鎂合金的電磁鑄造應(yīng)用也有相關(guān)的報(bào)道。
對(duì)于鋁薄板的連鑄軋生產(chǎn)，采用電磁鑄造法最早由日本的淺井滋生提出，美國(guó)能源部也申報(bào)了電磁鑄造鋁板坯的專(zhuān)利。20世紀(jì)70年代中期，東北輕合金加工廠首先在國(guó)內(nèi)開(kāi)展了這項(xiàng)工作，1982年試Ф482mm的鋁合金圓錠。“七五”期間，由中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司主持，將該項(xiàng)技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化列入了攻關(guān)計(jì)劃，有多個(gè)鋁加工企業(yè)及大專(zhuān)院校、科研院所參與該項(xiàng)工作并取得很大進(jìn)展。在上世紀(jì)80年代，西南鋁加工廠引進(jìn)了原民主德國(guó)的電磁鑄造技術(shù)，在隨后的引進(jìn)、消化、吸收過(guò)程中，掌握了該項(xiàng)技術(shù)并得到了提高，取得了良好的應(yīng)用效果。西北鋁加工廠與中南大學(xué)進(jìn)行合作，開(kāi)發(fā)出鋁帶坯的電磁鑄造在連鑄軋工業(yè)中的應(yīng)用技術(shù)，晶粒細(xì)化效果良好，并取代了Al－Ti－B晶粒細(xì)化劑的作用。近期國(guó)內(nèi)有多個(gè)銅加工企業(yè)與有關(guān)院校合作，對(duì)電磁鑄造技術(shù)在銅錠坯鑄造工藝上的應(yīng)用進(jìn)行了開(kāi)發(fā)嘗試，并取得一定的經(jīng)驗(yàn)。
電磁鑄造技術(shù)在銅加工行業(yè)的應(yīng)用
目前，由于電磁鑄造技術(shù)的優(yōu)越性，引起國(guó)內(nèi)眾多銅加工企業(yè)的密切關(guān)注。電磁技術(shù)在銅加工行業(yè)的應(yīng)用初步預(yù)期在以下幾個(gè)方面：
1、半連續(xù)鑄造圓錠、扁錠的生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用。主要以改變結(jié)晶器的整體設(shè)計(jì)為主，在原結(jié)晶器的基礎(chǔ)上增加電磁感應(yīng)線(xiàn)圈，利用電磁攪拌力對(duì)材料的組織進(jìn)行調(diào)整和改變；
2、水平連鑄棒坯及管坯的生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用。也為改進(jìn)結(jié)晶器的組成，增加電磁感應(yīng)線(xiàn)圈，調(diào)整結(jié)晶器冷卻水的水路結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗竭B鑄存在著重力對(duì)凝固結(jié)晶的影響，并且液穴的大小及形狀與半連續(xù)鑄造有差別，所以技術(shù)難度可能比半連續(xù)鑄造要大些。據(jù)有關(guān)企業(yè)講，從初步試驗(yàn)得知紫銅鑄棒的含氧量明顯降低很多，晶粒細(xì)小，表面質(zhì)量也大大提高，攪拌作用顯著，還沒(méi)解決的問(wèn)題為結(jié)晶器的壽命降低且易損壞，鑄造速度還沒(méi)提高上來(lái)，工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)還需進(jìn)一步探索實(shí)踐；
3、帶坯的水平連鑄工藝中的應(yīng)用。因連鑄帶坯的寬厚比較大，電磁線(xiàn)圈的設(shè)計(jì)較前兩種又不一樣，并應(yīng)以設(shè)計(jì)成多極感應(yīng)線(xiàn)圈為佳。
4、在上引線(xiàn)坯或管坯中的應(yīng)用。由于材料本身尺寸較小，故預(yù)計(jì)效果及經(jīng)濟(jì)價(jià)值不明顯。
總之，對(duì)于銅合金來(lái)講，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用將有著廣闊的市場(chǎng)前景，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值十分巨大。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，由于電磁鑄造不存在著邊部成分偏析及粗晶層，所以只需很少的銑面或完全不銑面即可進(jìn)行軋制，且軋制后的板材也不裂邊，因而省去了切邊工藝，提高了產(chǎn)品的成品率，這樣的經(jīng)濟(jì)價(jià)值是十分可觀的。美國(guó)每生產(chǎn)1噸電磁鑄錠可產(chǎn)生60美元以上的效益。如果按我國(guó)每年60萬(wàn)噸銅板帶的產(chǎn)量，使用該項(xiàng)技術(shù)使成品率每提高一個(gè)百分點(diǎn)，則可減少投料1.2至1.5噸，按1.3萬(wàn)噸計(jì)算，就可節(jié)約這部分消耗的能源、人工工時(shí)等成本就達(dá)4000多萬(wàn)元；提高兩個(gè)百分點(diǎn)就可減少成本近億元。尤其是對(duì)于錫磷青銅帶材等成品率較低的產(chǎn)品來(lái)講，效果就更好了。全國(guó)目前該項(xiàng)產(chǎn)品的產(chǎn)量約為3萬(wàn)噸左右，平均成品率約為40％，若通過(guò)采用該項(xiàng)技術(shù)使成品率提高到50％，其經(jīng)濟(jì)效益就是上億元，而這一點(diǎn)相信是可以實(shí)現(xiàn)的。
對(duì)于多元銅合金來(lái)講，添加的合金元素由于種類(lèi)較多而元素的特性差異又較大，控制并生產(chǎn)出合格的滿(mǎn)足要求的鑄錠一直是生產(chǎn)實(shí)踐中的一大難關(guān)。而采用該項(xiàng)技術(shù)后，可大大降低其的難度，使企業(yè)在開(kāi)發(fā)這些新產(chǎn)品時(shí)實(shí)現(xiàn)投入少、產(chǎn)出高的經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)模式。由于電磁鑄造技術(shù)需在原有的傳統(tǒng)鑄造設(shè)備上增加新的電源系統(tǒng)、電磁成型系統(tǒng)、控制檢測(cè)系統(tǒng)等裝置。所以比較適合于批量大、產(chǎn)量大、品種單一的企業(yè)使用，而對(duì)于品種多、批量少的企業(yè)來(lái)講，就不易采用，因?yàn)閷?duì)于每一種規(guī)格，其電磁成型系統(tǒng)及相配套的電源系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)都有差異，使得鑄造成本反而升高。近年來(lái)，我國(guó)的銅加工行業(yè)由于競(jìng)爭(zhēng)比較激烈，使得彼此之間均在提高自身素質(zhì)，加強(qiáng)管理上下功夫以降低生產(chǎn)成本，提高生存能力。但是，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力這一條應(yīng)用的不盡人意。當(dāng)靠傳統(tǒng)的手段挖潛達(dá)到一定程度時(shí)，可挖掘的題材就十分有限了。應(yīng)該在如何提高生產(chǎn)工藝的水平及科技含量上下功夫，我相信誰(shuí)先嘗這個(gè)螃蟹誰(shuí)就先受益，這一點(diǎn)是不容置疑的。
