超聲場對鋁合金凝固作用機制試驗研究.pdf

1、功率超聲形成的能量可以使物質的物理、化學、生物特征或狀態(tài)發(fā)生改變，或者使其速率加快。通過在金屬凝固過程施加功率超聲可以改變金屬凝固過程特性，細化組織，減少成分偏析，提高力學性能等。本論文重點研究了超聲場對鋁合金凝固過程作用機制及其對凝固組織的影響。 首先論述了超聲空化效應、聲流效應以及超聲場衰減特性，探索了功率超聲對金屬熔體凝固過程作用機制，分析了功率超聲對鋁熔體凝固過程熱力學、動力學以及形核過程和宏觀成分偏析的影響，為試驗的開

2、展及其結果的分析提供了理論基礎。 其次通過熱分析方法研究了超聲場對純鋁凝固過程特性影響。通過熱分析方法分析了冷卻曲線、冷卻速率曲線，確定了金屬臨界形核、最大形核速率、形核結束以及凝固結束的特征溫度點。實驗結果表明隨著施振超聲功率的增加，形核時間tN減小，且整個凝固時間tS縮短，經(jīng)過超聲場處理的鋁熔體溫度場更加均勻，溫度梯度減小。通過對動態(tài)凝固曲線分析表明純鋁熔體未經(jīng)超聲場處理時為逐層凝固方式，經(jīng)過超聲波處理后轉變?yōu)轶w積凝固方式。

3、 另外研究了超聲場對7050鋁合金中Zn、Mg、Cu主要元素宏觀分布的影響，在鋁合金熔體凝固過程中施加超聲場，合金元素的宏觀分布趨于均勻，其中Cu元素的負偏析減弱，Mg元素的偏析大大減少，超聲振動減小了鋁合金中Zn、Mg、Cu元素的宏觀偏析。 再次分析了超聲施振功率與細化晶粒尺寸關系。在鋁熔體中導入不同功率超聲場，其凝固組織均有顯著細化，隨著施振超聲功率的增大，晶粒細化效果越好，但超聲功率增大到一定程度后，晶粒進一步細化

4、效果不再明顯。試驗證明在鋁熔體凝固過程不同溫度區(qū)間施加超聲振動，溫度過高、過低都將減弱細化效果，最佳施振溫度區(qū)間為760～660℃，施振功率240W時平均晶粒尺寸可達67μm。最后對平均晶粒尺寸與超聲功率二者分析表明超聲功率與細化晶粒尺寸近似滿足指數(shù)遞減關系，為超聲細晶技術在工業(yè)應用提供了試驗依據(jù)。 最后采用不同超聲施振功率對7050合金進行處理，對比不同功率下沿超聲傳播方向鑄件凝固組織的變化，發(fā)現(xiàn)鑄錠縱向上隨著距離的增加凝固組