超聲場對鋁合金凝固作用機(jī)制試驗(yàn)研究.pdf

1、功率超聲形成的能量可以使物質(zhì)的物理、化學(xué)、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(xì)化組織，減少成分偏析，提高力學(xué)性能等。本論文重點(diǎn)研究了超聲場對鋁合金凝固過程作用機(jī)制及其對凝固組織的影響。 首先論述了超聲空化效應(yīng)、聲流效應(yīng)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(jī)制，分析了功率超聲對鋁熔體凝固過程熱力學(xué)、動力學(xué)以及形核過程和宏觀成分偏析的影響，為試驗(yàn)的開

2、展及其結(jié)果的分析提供了理論基礎(chǔ)。 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(jié)束以及凝固結(jié)束的特征溫度點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨著施振超聲功率的增加，形核時(shí)間tN減小，且整個(gè)凝固時(shí)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(shí)為逐層凝固方式，經(jīng)過超聲波處理后轉(zhuǎn)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(fù)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(xì)化晶粒尺寸關(guān)系。在鋁熔體中導(dǎo)入不同功率超聲場，其凝固組織均有顯著細(xì)化，隨著施振超聲功率的增大，晶粒細(xì)化效果越好，但超聲功率增大到一定程度后，晶粒進(jìn)一步細(xì)化

4、效果不再明顯。試驗(yàn)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(xì)化效果，最佳施振溫度區(qū)間為760～660℃，施振功率240W時(shí)平均晶粒尺寸可達(dá)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(xì)化晶粒尺寸近似滿足指數(shù)遞減關(guān)系，為超聲細(xì)晶技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用提供了試驗(yàn)依據(jù)。 最后采用不同超聲施振功率對7050合金進(jìn)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