功率超聲制備鋁合金半固態(tài)漿料及其微觀組織形成機(jī)理研究.pdf

1、利用超聲振動(dòng)制備半固態(tài)漿料是21 世紀(jì)的一種環(huán)保工藝，但至今人們對(duì)超聲波作用于漿料的規(guī)律、條件和機(jī)理仍然不是非常清楚，因此，該領(lǐng)域一直是材料學(xué)家和生產(chǎn)者們廣泛關(guān)注的研究熱點(diǎn)。 本文首先在現(xiàn)有的功率超聲波發(fā)生器的基礎(chǔ)上選擇合適的超聲頻參數(shù)、變幅桿的材料、形狀和尺寸，設(shè)計(jì)了一套利用超聲制備半固態(tài)漿料的裝置，然后用此裝置研究了超聲功率大小、開(kāi)始施振溫度和變幅桿端部形狀對(duì)A356 鋁合金半固態(tài)初生相尺寸和形貌的影響規(guī)律，并且設(shè)計(jì)了正交試

2、驗(yàn)來(lái)找出具有相互作用的兩個(gè)主要因素(功率大小和施振溫度)對(duì)初生相的影響，得出了本試驗(yàn)條件最佳工藝參數(shù)組合。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著超聲波功率的增大，導(dǎo)入合金熔體的能量越大，越容易改變傳統(tǒng)的結(jié)晶方式，使獲得的初生α-AL 相尺寸隨著功率的增大而越細(xì)化，形貌球化隨著功率的增大而越明顯；由于超聲波在傳播過(guò)程中的一系列效應(yīng)和合金熔體的溫度密切相關(guān)，因此在所選三組施振溫度(620℃、640℃和660℃) 中，合金初生相形貌最佳的施振溫度是64

3、0℃；變幅桿端部的形狀不同，導(dǎo)入熔體的超聲波的波陣面就不同，從而將導(dǎo)致不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；獲得A356 半固態(tài)初生α-AL 相的最佳工藝條件為：超聲功率為1500w 施振溫度為620℃。此條件下所得的初生α-AL相的等積圓直徑尺寸D=38.9 m μ ,形狀因子f=0.83；獲得初生α-AL 相尺寸最細(xì)小的最佳工藝條件為：超聲功率為1500w 施振溫度為640℃，此條件下所得初生α-AL相的等積圓直徑尺寸D=30.5 m μ ,形狀因子f=

4、0.81。 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，從合金結(jié)晶過(guò)程的形核和晶粒的長(zhǎng)大兩方面初步探討了功率超聲對(duì)媒質(zhì)的三大效應(yīng)，即力學(xué)效應(yīng)、聲流效應(yīng)和熱效應(yīng)的作用機(jī)理。得出超聲波的熱效應(yīng)給非均質(zhì)形核提供了更大的能量起伏，從而促使異質(zhì)形核的形核率提高；超聲波的力學(xué)效應(yīng)提供液相原子向晶胚移動(dòng)的動(dòng)力，促使晶胚穩(wěn)定生長(zhǎng)成晶核，提高形核率；改變?cè)局L(zhǎng)的負(fù)溫度梯度，使晶核呈胞狀生長(zhǎng)，使最終形成的組織為球狀；超聲的聲流效應(yīng)導(dǎo)致熔體的上下翻動(dòng)，能夠顯著改變結(jié)晶前沿熔