超声作用下半连铸7050铝合金的偏析行为及形成机制

采用SPECTRO-MAXx立式直读光谱仪和Leica金相显微镜,研究超声功率对半连铸过程中7050铝合金微观组织及溶质Zn元素径向分布的作用规律。结果表明:在超声外场作用下铸锭组织明显细化,混晶减少,溶质Zn元素的径向逆偏析程度减弱,并随着超声功率的增加,晶粒细化程度及宏观偏析的弱化效果更好,溶质Zn元素的偏析比由未加超声时的1.190降低为240 W功率超声作用时的1.086;在超声外场调控下,铝合金熔体偏析弱化的主要原因是由于形核率增加,晶粒细化,两相区液固相相对运动速度减小;液穴变浅,由铸锭收缩导致的富集液相径向流动减弱,是径向偏析程度减弱的另一原因;在半连续铸造过程中,采用超声外场控制液相的流动是弱化铸锭径向宏观偏析的有效手段。     

超声铸造工具杆端面对铝合金显微疏松的影响

通过对工具杆端面的优化,研究了3种不同端面的工具杆在不同功率下对7050铝合金铸锭中显微疏松形成的影响。实验结果表明：球端面工具杆的作用范围和强度都比较大,距铸锭表面60 mm处显微疏松百分比减少了52.7%;虽然圆锥端面工具杆的作用范围最大,但其声强效果最弱,衰减最快,抑制显微疏松形成的效果最差;平端面工具杆的轴向声...     

功率超声对铸造7050合金中显微疏松的影响

通过传振工具杆对铝熔体进行超声振动处理,探讨了不同的超声功率对7050铝合金铸锭中显微疏松形成的影响.结果表明,经超声处理的铸锭,不仅显微疏松明显减少,而且显微疏松的最大尺寸也明显减小.当其他条件相同,超声功率为200 W时,晶粒细化效果最好,超声功率为240 W时除气效率最高,当超声功率为240 W时,抑制显微疏松形成的效果最佳,铸锭中横截面处显微疏松减少了14.3%～47.9%,中心显微疏松也减小了26.3%～45.0%,这表明超声的细化晶粒和除气作用对抑制显微疏松的形成起了关键作用,而除气起主导作用.此外,工具杆下方的声流效应显著,其对促进液体补缩抑制中心疏松的形成起了积极作用.     

超声频率对铝熔体除气影响的试验研究

在不同温度区间下向99.7%的工业纯铝和7050铝合金熔体中施加频率分别为15kHz和20kHz的相同功率超声波,利用 HYSCANⅡ测氢仪测量每次试验后熔体中的氢含量,进而探讨频率对铝熔体超声除气的影响规律及其作用机制。试验表明,超声作用能显著降低铸锭中的氢含量;熔体氢含量随着温度的升高而增大;熔体温度在660～720℃之间时,温度越低,除气效果越好,但是温度对除气效率影响不大;在相同功率和温度下,频率为15kHz的超声除气效率和除气效果都明显好于20kHz的。超声空化效应对产生大量的空化泡起着关键作用,超声频率对空化泡的长大以及熔体中氢的扩散具有重要作用。     

高功率超声外场下7050合金中的显微疏松

通过对超声波发生器的优化,研究了高功率超声波对7050铝合金铸锭中显微疏松形成的影响.试验结果表明,高功率超声处理的铸锭的组织更加致密,声流效应更加显著.在试验所用超声功率范围内,超声功率为2600W时除气效率最高,抑制显微疏松形成的效果最佳,铸锭中横截面处显微疏松百分比减少了30.4%-56.3%,中心显微疏松的百分比也减小了31.1%-53.3%,这表明高功率超声振动能极大降低显微疏松的形成.     

超声外场对7050铝合金铸锭凝固微观组织的影响

基于元胞自动机法耦合有限差分法原理,对经超声外场处理的7050铝合金熔体凝固组织进行微观模拟,研究施振功率和冷却方式对7050铝合金微观组织的影响,在实验验证的基础上,对超声细化晶粒的机制进行说明。模拟和实验结果表明:熔体经超声处理,凝固组织明显细化,组织形貌由枝状晶变为细小等轴晶,超声的空化效应和声流效应使得形核率增加是晶粒细化的主要原因;在实验功率范围内,超声功率为240 W时晶粒细化效果最佳,此时晶粒的平均尺寸为72μm;超声细晶过程需要1个最短必要时间tmin,冷却强度低时,超声有效作用时间延长,晶粒的均匀化和细化程度增加。超声功率为200 W时,改变冷却方式,随炉冷却方式所得晶粒最小,平均尺寸为82μm。