超声波熔体处理方法对纯铝铸锭凝固组织的影响

研究了超声波熔体处理方法对纯铝铸锭凝固组织的影响，分析了没有添加除气剂不进行超声波处理、只添加除气剂不进行超声波处理、既添加除气剂又进行超声波处理的情况，以及超声波对纯铝凝固组织影响的原因。研究结果表明，采用合适的超声波振动处理时间，可以提高铸锭晶粒的细化率。     

熔体保温条件下超声波对Al—1％Si合金凝固组织的影响

研究了Al-1%Si合金在保温条件下超声波处理对其凝固组织的影响,考察了不同保温温度、不同处理时间及不同冷却方式条件下Al-1%Si合金凝固组织的变化规律。试验表明:在不同保温温度条件下,当保温温度较高时,超声波处理熔体的晶粒细化效果不明显,晶粒粗大;随着保温温度的下降,铸锭中等轴晶的数量先呈递增趋势;当在两相区内进行超声波处理时,晶粒细化效果降低,等轴晶数量明显减少,可以认为存在一个适当的超声波处理温度。此外,坩埚材质和冷却方式对保温处理后熔体凝固组织有很大的影响。     

熔体保温条件下超声波对A1-1%Si合金凝固组织的影响

研究了A1-1%Si合金在保温条件下超声波处理对其凝固组织的影响,考察了不同保温温度、不同处理时间及不同冷却方式条件下A1-1%Si合金凝固组织的变化规律.试验表明:在不同保温温度条件下,当保温温度较高时,超声波处理熔体的晶粒细化效果不明显,晶粒粗大;随着保温温度的下降,铸锭中等轴晶的数量先呈递增趋势;当在两相区内进行超声波处理时,晶粒细化效果降低,等轴晶数量明显减少,可以认为存在一个适当的超声波处理温度.此外,坩埚材质和冷却方式对保温处理后熔体凝固组织有很大的影响.     

高能超声波处理对细化过共晶Al-20%Si合金中硅相的影响

采用高能超声波对过共晶Al-20%Si合金进行熔体处理,研究超声波对Al-20%Si合金微观组织的细化效果和作用规律。结果表明,在Al-20%Si合金凝固过程中对其进行超声波处理,可以破碎组织中粗大板片状初晶硅,使晶粒尺寸变小,圆整度提高、分布均匀;提高超声波功率,可以增强对铝硅合金微观组织的细化效果并使熔体中组织细化的区域扩大;实验结果还表明,在熔体中不同位置导入超声波进行处理,对整体组织的作用效果有较大区别,在熔体中心位置较浅深度导入超声波时,所获得的组织细化区域较大,并且组织分布均匀。     

不同超声波引入方式对金属熔体凝固组织的影响

介绍超声波的基本特征、作用和基本效应,探讨不同超声波引入方法对金属熔体凝固组织的影响。超声波处理金属熔体有上部引入、底部引入和侧部引入3种不同的引入方式。用上部引入法处理凝固过程中的锡锑包晶合金时,其凝固组织得到明显细化,β相有明显的球化趋势;在ZL102铝硅合金凝固过程中用侧部引入法引入超声波进行处理时,共晶硅相得到显著的细化;从铸锭模底部全过程引入超声处理,Al-Si合金液相的形核率提高,初生Si相生长得到抑制。     

熔体保温条件下溶质Si含量对超声波处理铝合金凝固组织的影响

以工业纯铝、Al-2.5%Si合金、Al-5%Si合金以及Al-7%Si合金为对象,分别研究了保温条件下超声波处理对其凝固组织的影响.结果表明,在保温条件下,溶质Si的含量对超声波处理后铸锭的凝固组织有直接的影响.在694℃无超声波处理时,溶质Si含量大的铸锭,等轴晶细小且分布均匀;而在相同条件下进行超声波处理时,随着溶质Si含量的增多,等轴晶区域也随之增大,由于随着溶质Si含量的增多,细小的二次枝晶以及三次枝晶很容易被声流的搅拌作用所分断,并且破碎的枝晶随着这种搅拌作用而被分散到熔体的各处,从而产生了细化效果.另外,由于超声波的空化作用,对纯铝也有一定的细化效果,但是不如对合金的明显.     

超声波处理对过共晶Al-20%Si合金组织的影响

采用高能超声波对Al-20%Si合金进行熔体处理,研究超声波处理对Al-20%Si合金微观组织形貌的影响.控制Al-20%Si合金熔体温度在620～680℃之间时,研究合金凝固组织随熔体温度和超声波处理参数的变化规律.结果表明,随着导入超声波输出功率的增大和处理时间的延长,Al-20%Si合金的初晶硅形貌由粗大的板片状逐渐变成细小的球状颗粒;超声波处理熔体的温度控制在660℃左右时.可以获得最佳的效果,初晶硅的尺寸细小、圆整度高、分布均匀.     

熔体温度处理及变质对Al-20%Si合金凝固组织的影响

采用熔体温度处理(包括熔体混合及过热处理)工艺研究Al-20%Si(质量分数)合金凝固组织,并结合化学变质法进一步细化初生硅相。结果表明,当熔体经混合后过热至900℃时,初生硅的尺寸约为34μm;添加变质剂后再进行熔体混合可以使Al-20%Si中的初生硅相进一步细化,特别是在Al-10%Si和Al-30%Si中分别添加0.2%Al-5Ti-C-3Ce和0.4%Cu-10%P后,再进行熔体过热处理,合金中的初生硅呈小块状弥散分布,且尺寸在10μm以下,材料基体呈现出典型的复合材料特征。熔体温度处理与添加化学变质剂方法对初生硅相有显著的多重变质细化作用;在熔体混合时α(Al)的重新熔化和熔体化学键的重组,增大了合金液在凝固时的过冷度,使初生硅相得到细化;对混合熔体再进行过热处理时,混合熔体中的Si相发生熔断、增殖,从而使合金中初生硅相得到进一步细化。添加细化剂或变质剂会明显增强熔体温度处理对Al-Si合金中初生硅的细化效果。     

对3种典型铝硅合金熔体温度处理的对比分析

对3种典型成分的铝硅合金(Al-20%Si、Al-12%Si和Al-7%Si)进行了熔体温度处理凝固组织变化规律的比较研究.结果表明: 在Al-12%Si共晶合金熔体处理组织中存在α枝晶与初晶硅共存以及α枝晶在一定处理条件下可以完全消失的现象; 3种成分Al-Si合金的α枝晶及初晶硅的形态尺寸随过热温度、静置时间增加出现周期性的变化规律, 出现最小尺寸的温度、时间并不完全一致; 熔体温度处理对Al-7%Si中枝晶大小、形态等有一定影响, 但细化效果不明显.在铝硅合金中, 硅原子微观有序团簇和铝有序偏聚原子团簇可能存在于不同的温度区间, 铝有序偏聚原子团簇存在的温度区间更靠近温度轴, 硅原子微观有序团簇具有比铝有序偏聚原子团簇更强的结合能.     

超声波对Al-20Si合金中初晶Si的影响

采用高能超声波对Al-20Si合金熔体进行处理,研究超声波以不同的导入方式对过共晶Al-Si合金中初晶Si的细化效果的影响。试验表明,在Al-20Si合金凝固过程中进行超声波处理,可以促进形核,破碎组织中粗大块片状初晶Si,减小晶粒尺寸,提高圆整度,并使其分布均匀。由于超声波的衰减效应,采用不同方式导入超声波进行处理时,对合金凝固组织的作用效果有较大区别。采用超声波导入杆在距熔体中心1/2半径处做环绕运动导入超声波,能够对初晶Si产生较好的细化效果,所获得的凝固组织细化区域更大,初晶Si分布更加均匀。     

超声场作用下Mg-3Ca合金除气及细化的工艺研究

对Mg-3Ca合金熔体进行超声处理来研究超声功率、施振时间和施振温度对合金除气及凝固组织的影响。结果表明,采用超声波处理技术,可以有效去除Mg-3Ca合金熔体中的气体,从而提高铸锭的致密度。超声除气效果与施振功率、处理时间及处理温度密切相关。当施振功率过小、处理时间过短或过长及处理温度过高或过低均不会有良好的除气效果。熔体处理温度为:700℃,超声功率为150W,处理时间为120s时除气效果最好,除气率可达53.8%。另外,超声波在去除熔体中气体的同时,也使得铸锭的凝固组织变得细小、均匀。粗大的树枝晶不利于气泡的上浮和熔体补缩;而均匀、细小的等轴晶则有利于这一点。     

Effect of ultrasonic stirring on temperature distribution and grain refinement in Al- 1.65%Si alloy melt

A series of experiments were conducted for Al-1.65%Si （mass fraction） alloy melt to study the formation of grain refining structure with ultrasonic stirring. The cooling curves of ingots with ultrasonic were measured and compared with those without ultrasonic. At the same time, the effect of the time of ultrasonic stirring on solidification structure of ingots was investigated. The influence of ultrasonic on the grain-refining efficiency of ingots was analyzed. In order to well understand the melts behavior under ultrasonic, by using ammonium chloride solution, the simulation experiment was carried out and the temperature distribution in ingot with or without ultrasonic was compared. The results indicate that the ultrasonic reduces the temperature inhomogeneity of melt, i.e. the ultrasonic helps to homogenize the melt temperature. The effect of stirring and heat generation in ingot start to occur with increasing the time of ultrasonic stirring.     

C2Cl6除气剂-超声场联合处理对铝合金氢含量及力学性能的影响

研究了C2Cl6除气剂-超声联合处理对铝合金(Al-3.06%Si,Al-3.21%Mg和2024合金)氢含量及2024合金力学性能的影响。结果表明:联合处理可大幅度缩短超声除气时间。联合除气后对2024合金力学性能影响很大:铸锭的抗拉强度及延伸率比未除气时分别提高了28.3%及92.3%(最大增幅),除气处理对2024合金的屈服强度影响很小,仅提高6.7%(最大增幅)。另外,除气后断裂方式从脆性断裂向微孔聚集型断裂转变,最终提高了力学性能。     

超声波对喷射成形沉积坯组织的影响

为了研究不同超声波功率参数条件下沉积坯的组织变化情况,采用沉积器底部导人超声波的方法制备A1- 13％Si合金.结果表明:随着超声功率的增加,超声波消除孔洞的效果明显,合金组织的细化程度提高,沉积坯的质量得到了很好的改善;当超声功率持续增大到2 000 W时,由于热效应作用明显,细化作用减弱,过大的超声波功率不利于沉积坯质量的改善.因此在喷射成形工艺中导人超声波可以改善沉积坯的组织,且在合适的超声波功率下,可以很好地改善沉积坯的组织.     

RETRACTED ARTICLE: Grain refinement of AA5754 aluminum alloy by ultrasonic cavitation: Experimental study and numerical simulation

In this work, an experimental investigation was carried out on the grain refinement of molten AA5754 Aluminum alloy through ultrasonic treatment. The cavitation induced heterogeneous nucleation was suggested as the major mechanism for grain refinement in the AA5754 aluminum alloy. A numerical simulation was performed to predict the formation, growth and collapse of cavitation bubbles in the molten AA5754 Aluminum alloy. Moreover, the acoustic pressure distribution and the induced acoustic streaming by ultrasonic horn reactor were investigated. It is suggested that the streaming by ultrasonic could transport the small bubbles formed in the ultrasonic cavitation zone into the bulk of melt rapidly. These micro-bubbles are collapsed due to acoustic vibrations where the resulting micro-jets are strong enough to break the oxide layer and to wet the impurities. These exogenous particles, intermetallics and oxides could contribute to the formation of fine, uniform and equiaxed microstructure across the treated melt. The experimental results confirmed the simulation predictions.     

热型连铸Al-1%Si合金线材的试验分析

通过在自行研发的水平式热型连铸设备上制备Al-1％Si合金线材的试验研究，分析型口温度、连铸速度及冷却能力等工艺参数对铸锭表面质量的影响，提出了制备Al-1％Si合金的优化工艺参数。同时，利用本试验制备的Al-1％Si合金线材和传统铸造多晶Al-1％Si线材作试样，分析两者的室温拉伸性能。结果表明，热型连铸制备的Al-1％Si合金线材和传统铸造多晶Al-1％Si线材相比，屈服强度提高41．4％，屈强比提高37．8％，伸长率提高49．1％，并具有良好的导电性能。     

Effect of ultrasonic power on grain refinement and purification processing of AZ80 alloy by ultrasonic treatment

Ultrasound with different powers was applied to treat AZ80 alloy melt to attain grain refinement or purification processing of the alloy. The influence of ultrasonic powers from 0 W to 1400 W on microstructures of the AZ80 alloy with ultrasonic grain refinement treatment was investigated. The average grain size of the alloy could be decreased from 387 μm to 147 μm after the ultrasound with the optimal power 600 W was applied to treat the melt. The effect of ultrasonic powers from 0 W to 230 W on the inclusion distribution in the ingot that was treated by ultrasonic purification processing was also studied. The optimal ultrasonic power in the ultrasonic purification processing was 80 W. In order to gain insight into the mechanism by which ultrasonic power affected the microstructure of the alloy or inclusion distribution in the ingot, numerical simulations were carried out and the ultrasonic field propagation in the melt was characterized.     

Microstructural Evolution and Grain Refining Efficiency of Al-10Ti Master Alloy Improved by Copper Mold Die Casting

The microstructural evolution and grain refining efficiency of sub-rapidly solidified (SRS) Al-10Ti master alloy has been studied. The results show that the mean size of Al₃Ti particles in the SRS Al-10Ti master alloy decreased significantly and the morphology changed from strip-like to blocky and short rod-like compared with the conventional Al-10Ti master alloy. Grain refining experiments show that the SRS Al-10Ti master alloy is more effective than the conventional master alloy for refining Al-7Si alloy. The conversion rate of columnar to fine equiaxed grain structure in the Al-7Si alloy was promoted by the addition of SRS master alloy, and the microhardness of Al-7Si alloy increased. The mechanisms of grain refinement of aluminum by inoculation with improved Al-10Ti master alloy are discussed based on the solute theory. The decrease in size, increase in quantity, and change in morphology of Al₃Ti particles are considered as the reasons for the improvement of microstructure and microhardness.