超聲外場(chǎng)輔助鑄造抑制7050合金宏微觀偏析的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在7050鋁合金的半連續(xù)鑄造過(guò)程中,鋁熔體在凝固過(guò)程中由于溶質(zhì)分配系數(shù)的差異,導(dǎo)致鑄錠內(nèi)外或上下各部位之間在化學(xué)成分上產(chǎn)生不均勻現(xiàn)象,即宏觀偏析。宏觀偏析的出現(xiàn)不僅對(duì)鑄錠的性能有不良的影響,而且增加了鑄錠產(chǎn)生熱裂的傾向,同時(shí)對(duì)后續(xù)熱處理工藝和制品的最終性能有不同程度的影響。本文在7050鋁合金半連續(xù)鑄造過(guò)程中引入超聲外場(chǎng),旨在通過(guò)控制液相的流動(dòng)來(lái)達(dá)到抑制宏觀偏析的目的,主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾方面:
　　 1、通過(guò)進(jìn)行7050鋁合

2、金的半連續(xù)鑄造實(shí)驗(yàn),描述了7050鋁合金鑄錠中的宏觀偏析現(xiàn)象及微觀組織形貌,通過(guò)SPECTRO-MAXx立式直讀光譜儀和Leica金相顯微鏡對(duì)不同超聲功率段的鑄錠進(jìn)行徑向測(cè)量和觀察,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:熔體超聲處理后的鑄錠組織變得細(xì)小,混晶減少,溶質(zhì)元素Zn、Mg、Cu在鑄錠徑向均呈明顯的逆偏析現(xiàn)象,熔體超聲處理后的鑄錠逆偏析得到弱化,在實(shí)驗(yàn)儀器所提供的超聲功率內(nèi),功率越大,偏析弱化效果越明顯,在240W超聲功率作用下,Zn、Mg、Cu的偏析

3、比由未加超聲時(shí)的1.243、1.158和1.19降低為1.086、1.098和1.11。
　　 2、針對(duì)7050鋁合金半連續(xù)鑄造實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的逆偏析行為,對(duì)其形成機(jī)制及物理模型進(jìn)行闡述,研究7050鋁合金的半連續(xù)鑄造過(guò)程中,采用超聲波進(jìn)行晶粒細(xì)化并控制液穴深度,實(shí)現(xiàn)對(duì)凝固組織和成分偏析控制的技術(shù)和相關(guān)原理,由鑄錠收縮導(dǎo)致溶質(zhì)在枝晶間的橫向流動(dòng)減弱;兩相區(qū)液固相相對(duì)運(yùn)動(dòng)減弱;懸浮晶粒的長(zhǎng)大被抑制是超聲弱化宏觀偏析的主要原因。

4、r>　　 3、比較鋁合金普通半連鑄技術(shù)和超聲半連續(xù)鑄造技術(shù)所得的鑄錠試樣,研究超聲外場(chǎng)對(duì)顯微組織、合金元素晶內(nèi)固溶度的影響,并分析其作用機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:超聲明顯細(xì)化了晶粒,顯著提高了合金元素在晶內(nèi)的固溶度,減小了微觀偏析程度,相對(duì)于未加超聲制備的鑄錠,溶質(zhì)元素Zn、Mg和Cu的晶內(nèi)相對(duì)固溶度分別由63.5％、50％和38.4％提高為85.7％、87.6％和61.7％,強(qiáng)化了合金元素在晶內(nèi)的固溶,使材料的機(jī)械性能得到顯著提高。

5、>　　 4、基于元胞自動(dòng)機(jī)法耦合有限差分法原理,對(duì)坩堝實(shí)驗(yàn)中7050鋁合金熔體經(jīng)超聲外場(chǎng)處理后的凝固組織進(jìn)行微觀模擬,具體研究不同施振功率和冷卻方式對(duì)7050鋁合金微觀組織的作用規(guī)律,在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,對(duì)超聲細(xì)化晶粒的機(jī)制進(jìn)行了說(shuō)明。模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:熔體超聲處理后的鑄錠,凝固組織得到明顯細(xì)化,組織形貌也由枝狀晶變成為細(xì)小等軸晶,超聲的空化效應(yīng)和聲流效應(yīng)使得形核率增加是晶粒細(xì)化的主要原因;在實(shí)驗(yàn)功率范圍內(nèi),超聲功率為240W時(shí)細(xì)化