超声波导入时初始温度对铝-硅合金组织的影响
功率超声对纯铝凝固过程的影响及衰减特性分析
2009年 12月郑州大学学报(工学版)D ec 2009第30卷 第4期Journa l of Zhengzhou U n i ve rsity (Eng ineer i ng Sc i ence)V o l 30 N o 4收稿日期:2009-01-01;修订日期:2009-07-13 基金项目:国家 863 科技计划项目(2008AA 03Z103)作者简介:胡仕成(1968-),男,湖南桃江人,中南大学副教授,博士,主要从事材料成型工艺及装备研究.文章编号:1671-6833(2009)04-0093-05功率超声对纯铝凝固过程的影响及衰减特性分析胡仕成,杨运猛,胡永清,付明志(中南大学现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室,湖南长沙410083)摘 要:研究了超声波对凝固过程的影响,探讨了不同超声功率对纯铝凝固过程冷却温度变化,声流和空化对细化晶粒的作用,实验结果表明:在不同超声功率下处理的铸锭,凝固时间缩短,温度分布更加均匀,温度梯度场变小,在不同功率超声振动下凝固组织平均晶粒尺寸从500 m 变成为90 m,但随着超声功率的增加细化程度不再明显.超声的衰减作用使铸锭不同位置的晶核细化程度有很大的不同,由于空化效应和声流搅拌双重作用效应,使凝固组织细化程度提高.关键词:功率超声;温度曲线;凝固组织;空化;声流中图分类号:TG 249.9,TB 559 文献标识码:A0 引言铝工业的发展对基础纯铝板坯的组织要求越来越高,获得细小均匀的晶粒是能否获得高性能铝材的一个关键因素[1-2].超声波导入到液态金属中,金属内部形成剧烈的强迫对流,它改变凝固界面前的温度场和溶质浓度场,对凝固组织形态产生影响.相对于自然对流冷却,强迫对流冷却的强度可以达到它的数十倍.热对流引起熔体中温度不同的各部分相互混合,造成熔体宏观运动后进行热量传递.超声波处理情况下,强迫对流对熔体冷却速率产生强大的影响,国外学者对金属的凝固过程开展了大量工作,取得了不少成果[3-5].20世纪30年代,D .Loo m is 、W.W ood 和S .Dn il o v 等学者分别研究了超声振动对金属和有机物凝固过程的影响,随后P .A lekseev 、G.E skin 和O.Abra m ov 等人也分别对超声场下金属的凝固规律进行了探索[6-7].我国李喜孟、刘清梅[8-10]等采用不同超声处理方式处理,均发现超声处理能使具有不同点阵的金属晶粒细化,金属熔点较低晶粒形貌变化最大,随着材料熔化温度增加,细化效果减弱.将超声振动应用于合金铸造、铸轧是当前国际研究的热点[8-10],因此迫切需要对铝合金超声进行系统深入地研究.以往的试验研究普遍表明,空化效应产生瞬时的高温、高压引发了巨大的能量起伏,在熔体中造成过冷,产生了大量的晶核;同时声流搅拌效应将冲蚀和打断长大的枝晶,促进溶质和碎小晶体的扩散.然而,超声对温度场的改变还没有深入研究,笔者主要研究在纯铝凝固过程中施加超声场,考察超声场下凝固过程温度的变化规律,并具体探讨不同超声振动对不同铸锭位置金属凝固组织细化程度的影响和超声衰减情况.1 试验材料、装置与试验方法1.1 试验材料与装置试验材料为工业纯铝大铸锭,材料的合金成分如表1所示.试验使用的超声设备包括:他激式超声波发生器,具有5个功率档位(105W 、135W 、170W 、200W 、240W );PZT 压电陶瓷换能器、变幅杆、钛合金工具杆、电阻丝加热炉及配套的温度控制记录仪、热电偶、坩埚、位移控制操作台、Leica 台式金相显微镜.整个试验装置如图1和图2所示,通过热电偶测量不同位置的冷却温度,并用温度控制记录仪分析采集数据.表1 试验用工业纯铝的合金成分Tab .1 A lloy co m positi on of indu strial purealu m i num i n exp er i m en t%组分S i M n Cu F e Z n A l质量分数0.0010.0010.0010.0860.01余量郑州大学学报(工学版)2009年1.2 试验方案将铝块置于石墨坩埚并放入电阻加热炉进行熔炼,待其完全熔化后,添加铝打渣剂打渣净化铝熔体.持续加热至850 ,移出石墨坩埚,在炉外自然空冷,待熔体温度降至785 时,对熔体进行超声处理.施振方式为铝熔体中心处顶部持续导入超声波.每次试验工作频率为19 0.5k H z,固定超声波发生器输出功率为:(a)自然冷却,(b)施加105W超声,(c)施加170W超声处理,(d)施加240W超声处理.分别测量不同功率超声振动对凝固温度曲线的变化,然后将不同功率超声下的样品从中间施振处对称切开,研磨、化学抛光后用强酸对观察面进行浸蚀处理,观察铸锭凝固组织.2 结果分析与讨论2.1 功率超声对冷却温度场的变化图2是实验测得的3条冷却曲线图.图中从上到下的冷却曲线依次代表3根不同的热电偶测出的温度变化数据,分别用T1~T3表示,最下方的曲线用T1表示,其最靠近埚壁,最上方的冷却曲线用T3表示,靠近超声波发生器.经过超声波处理的铝熔体比未经超声波处理的各点的时间差有很大的差距,第一拐弯处(液相线)到第二拐弯(固相线),在没有施加超声时凝固时间为572s,总凝固时间为2560s,坩埚壁到中心点最大温度差达到9 ;当施加超声功率105W时,第一拐弯处到第二拐弯凝固时间变化为370s,坩埚壁到中心点最大温度差减少到5 ;随着功率增加液相线到固相线时间变短,当94第4期胡仕成等 功率超声对纯铝凝固过程的影响及衰减特性分析功率增加到240W时,时间变化为260s,总的凝固时间为2020s,坩埚壁到中心点最大温度差减少到3 左右.这说明超声波的声流能有效改善熔体凝固温度场,当超声波导入到金属液中,由于在熔体中形成一定的声压喷流直接离开超声变幅杆的端面并在整个流体中形成环流,对金属液进行搅拌,提高了温度场分布的均匀性,减小了整体熔体的温度梯度. 2.2 功率超声对凝固组织的影响由图3可知,未加超声波形成的铸锭组织多为发达的树枝晶、柱状晶,晶粒尺寸粗大.引入功率超声波后,一次枝晶被打断,晶粒尺寸减小,但由于声功率较小,所形成的晶粒尺寸偏大,同时发现组织中仍存在许多枝晶网胞;当超声功率P= 170W时,二次枝晶也被打断,晶粒进一步细化,超声细化效果达到了最佳状态,若继续增大声功率,强烈的空化与声流效应使得铝熔体瞬时局部温度升高,延长了晶体的长大时间,晶粒尺寸变化不是很明显,超声细化效果没有增强.试验统计了单位面积上所有晶粒的线性尺寸,得到铸锭组织平均晶粒尺寸随超声功率变化的规律,如图4所示. 施加超声时,晶粒十分粗大,且组织分布较不均匀尺寸偏大.经超声波处理后铝凝固组织明显细化,随着超声功率的增加,组织细化程度明显提高,但功率提高到一定程度,超声波的细化作用不再明显增强.当超声波功率在135W时,凝固组织一部分转化为树枝晶,同时还有部分等轴晶,晶粒尺寸明显缩小,但此时组织仍为连成一体的枝晶网胞,同时存有少部分的粗大晶粒;超声波功率为170W时,其凝固组织完全成等轴晶,树枝晶进一步被打碎,晶粒尺寸取于均匀,组织细化非常明显,240W时,凝固组织进一步细化不再明显. 2.3 功率超声对凝固组织有效细晶范围图5是观察区域晶粒尺寸分布示意图.图6是在金属凝固过程中施加功率超声获得细化金属组织,从图6可以看出:B-1~B-6在不同位置凝固组织细化程度存在很大的不同,在靠近超声波施加的地方即B-1至B-4位置,B-1处因为超声波径向作用不是很明显,因此有粗大的树枝晶、柱状晶细化不是很明显,B-2、B-3、B-4组织中粗大的树枝晶、柱状晶已被细小等轴晶取代,在远离振动源处B-5和B-6,晶粒开始变得比较粗大,但它们的显微组织明显不同于B-2和B -4.在改变超声输出功率得到的铸锭组织中,发现当超声输出功率越大时时,B-6处晶粒细化效果越好.2.4 功率超声对熔体凝固有效作用范围分析高能超声在熔体中传播时,由于声波和铝熔体粘滞力的交互作用,有限振幅衰减使液体从声95郑州大学学报(工学版)2009年图7 功率超声细晶有效作用范围F ig .7 T he u ltrason ic fi n e-grai n ed range源处开始在导入杆周围形成一定声压梯度,导致超声波变幅杆前端熔液的流动,熔体在容器中的单项流动的速度为[11]:v x =P l 2yl x(1)声流的最大速度能达到:v max =2 fA (2)式中: P 为声压在X 方向的衰减量; 为熔体黏度;l x ,l y 分别为容器X 和Y 方向上的长度;f 为频率;A 为变幅杆端面最大振幅.超声波产生的声流速度比质点振动速度小的多但亦能达到熔体热对流速度的数10倍.当功率超声的导入,一定能量的超声波在传递过程中,由于散射、折射及分子间振动摩擦吸收声能等原因,必然会产生衰减,反映在声压上,就是从工具杆端面沿声波传播方向形成一定的压力梯度,因此顺着压力梯度方向引发了熔体的环向流动,声流与热对流将发生强烈的交互作用,同时空化泡在崩溃时,泡壁运动速度非常高,能形成速度极大的微射流,加强了声流的搅拌效应.能够显著改变熔体温度梯度,可以明显提高温度场的均匀性.图8 超声声流效应F i g .8 E ffec t of ultras on i c acoustic strea m超声波在介质中传播时,随着传播距离的增加,声束扩散和散射以及介质吸收等会使超声波在传播过程中引起衰减,超声波传播距离的声强能产生空化有效作用距离x 为[12]x =3 c30k T +Q KI 0I b(3)式中:I b 为空化阀声强;I 0为超声波输入强度; 为原子在平衡位置的震动周期;k 为波尔滋曼常数;T 为熔体的绝对温度; 为相邻原子平衡位置间的平均距离;Q 为原子移动的激活能.超声的扩散衰减可以忽略,假设沿超声波的方向上能量是均匀的,在金属熔体中的冲击力与传播的距离之间的关系式为:F r =I m S exp [-2ax ] e 1/c(4)式中:I m 为实际功率强度;e 1为金属熔体吸收的功率超声能量,a 为衰减系数;S 为单位面积,c 为超声波速度.因此一定距离内在超声波作用下空化和声流效应对温度场的均布起到重要的作用,功率超声在金属熔体中的衰减作用力是非常明显的,在靠近工具头端,力很强,可以产生强烈的空化效应,从而可以改善金属的组织、细化晶粒和提高力学性能.然而随着超声在金属熔体中的传播.力的作用产生衰减.当力小到不能使金属熔体产生空化效应时,功率超声就不能对金属的凝固组织产生较大的影响,从而达不到细化金属晶粒.2.5 超声对凝固组织细晶机理分析(1)超声波空化泡崩溃断裂理论.高能超声波形成了大量的空化气泡在一定的声压下崩溃,形成很高的激波和高速的微射流击碎正在长大的晶体或使较远处晶枝产生疲劳断裂,击碎的晶体散布在溶液中,成为新的晶体质点,通过声流和冲击波产生的搅拌力作用下又使其均匀弥散在熔体中,因此超声空化处理能明显细化金属组织晶枝,得到细化均匀的凝固组织.(2)空化泡长大和崩溃过程中形成有效过冷生核理论.超声波在产生空化泡半径在增大以及缩小过程中内部的蒸气由于从外部熔液中吸取热量而降低了空化泡的温度,这将导致空化泡表面的金属熔体温度降低,造成局部过冷,因此在空化泡附近形成晶核,使晶核的形核率增加;在空化气泡崩溃的过程中,会瞬间在极有限的体积内产生很大的温度梯度和压力梯度,空化效应产生瞬时的高温、高压引发了巨大的能量起伏,在这样复杂的条件下会形成局部过冷,生成晶粒.3 结论(1)超声空化和声流效应对凝固热过程的变96第4期胡仕成等 功率超声对纯铝凝固过程的影响及衰减特性分析化对金属形核和长大过程有很大的影响,最终在凝固组织中得到体现.(2)超声波在液体中传播时产生有限振幅衰减使介质从声源处开始形成一定的声压梯度,导致液体的快速流动.流动引起了质点快速传输和液态金属温度场的变化.由于压力梯度的改变,熔体在空间流动过程中形成了复杂的流动场和压力场分布,加强了声流的搅拌效应.能够显著改变熔体温度梯度,可以明显提高温度场的均匀和晶核的扩散性.(3)高能超声能制备出晶粒均匀分布、细化的金属组织是因为空化泡瞬时产生的高压作用下形成的强冲击波微射流使熔体中成团的晶枝被击碎,实现了微观的均匀分散,使金属组织得到细化.参考文献:[1] ESK IN G,G SM.E ffect o f cav itati on m e lt treat m ent onthe struct ure refi ne m ent and property i m prov e m ent incast and defo r med hypereutec ti c A l-Si all oys[J].M a teria l s Sc ience Fo ru m,1997,242:65-70[2] 李军文,桃野正,付莹.超声功率对铸镜内的气孔及组织细化的影响[J].铸造,2007,(2):70-73. [3] 范金辉,翟启杰.物理场对金属凝固组织的影响[J].中国有色金属学报,2002,12(1):11-15.[4] 马立群,舒光冀,陈 锋.金属熔体在超声场中凝固的研究[J].材料科学与工程,1995,13(4):2-7[5] 李英龙,李宝绵,刘永涛,等.功率超声对合金组织的影响[J].中国有色金属学报,1999,9(4):719-722.[6] ES K I N G I.U ltrasonic treat m ent o f li ght a lloy m e lts[M].Am sterda m:Go rdon&Breach,1998:1-5. 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超声波处理时间对工业纯铝铸锭结晶组织的影响
响的原 因［ －８。 １ １Ｊ ７
分为二， 研磨并抛光， 分别观察宏观组织和微观组 核心再 度重熔 ， 使等 轴 晶减 少 柱状 晶增 加。过 剩 而
表 １ 实验条件
织。基本 实验条 件如 表 １ 示 。 所
３ ２ 处理时间对铸锭细化率的影响 ． 首 先 ， 铸锭 微 细 等轴 晶区域 的 面积 与铸锭 断 把
面面积 的 比值 ．规 定作 为铸 锭 的细化率 。
钢变幅杆（ｏｅ 、 ｃｎ）金属 陶瓷质传振杆（ｏｎ 、 ｈｒ）石墨坩
埚 、 温装置 、 测 位移 装置 等构 成。 图 １ 为超声波 场下
铸 锭凝 固装置 的概 念图 。
超声波换
机械性能大为降低。无气孔和缩孔的高质量金属的
生 产， 冶 金 、 在 铸造 领 域 ， 非常 重 要 的 问题 。在超 是
那么， 通过以上对铸锭的宏观组织的观察， 可
以求 出超声波 处理 时 间与工 业纯铝 铸锭细 化率之 间 的关 系．如 图 ３所示 。
３ 实 验结 果 与讨 论
３ １ 处理 后宏 观组 织的观 察 ． 为了研 究超 声波 处理 时 间对工业 纯铝 铸锭结 晶 组织 的影响 ， 别对纯 铝熔 体进 行 了如下 的处理 ： 分 即 添加除 气 剂 又进 行 超 声 波 处 理 ， 理 时 间 分 别 为 处
听觉 为 目的的某 些可 听声 的应用 也列 入超声 技术 的 研 究范 Ｉ２。 因 此 ， 实 际 应 用 中 ， 些 超 声 技 －］ 在 有 术 使用的频 率可 能在 １ Ｈｚ以下 。 ６ｋ 高能 超声 波 具 有独 特 的 声学 效 果 ， 金属 凝 固 在 过 程中， 如果 施加 超声 波振 动 ， 铸锭 的凝 固组 织就 会 从粗大 的柱状 晶变 成 均 匀 细 小 的 等轴 晶 ， 同时 铸锭 的宏观 及微 观 偏析 也 得 到 了 改 善［－ ］ ３ ７。可 是 ， 对于 超 声波处理 的铸 锭 。 获得 全部 等轴 晶的 同时 ， 在 往往 观察 到在 铸锭 内部存在 气孔 ， 这样 一 来， 就使 材料 的
超声波换能器与温度
超声波换能器与温度引言超声波换能器是一种能够将电能转换为机械能的设备，它在许多领域都有广泛的应用。
其中，超声波换能器与温度的关系是研究的热点之一。
本文将从多个角度探讨超声波换能器与温度之间的关系，并分析其影响因素和应用前景。
1. 超声波换能器的工作原理超声波换能器是一种将交流电信号转换为超声波能量的装置。
其核心部分是一个压电陶瓷片，在交流电的作用下，压电陶瓷片会产生机械振动，从而产生超声波。
换能器的结构设计和驱动电路的设计影响着其工作效果和稳定性。
2. 超声波换能器与温度的关系2.1 温度对换能器性能的影响温度对超声波换能器的性能有着重要影响。
首先，温度的升高会导致换能器材料的热膨胀，从而影响到换能器的机械振动性能。
其次，温度的变化还会引起换能器的电特性的变化，如电阻、电感、电容等参数的变化。
2.2 温度对换能器输出功率的影响换能器的输出功率是衡量其性能的一个重要指标。
研究表明，当温度升高，换能器的输出功率会下降。
这是因为温度的升高会导致换能器材料的机械刚性减弱，从而降低其振动效率。
2.3 温度对换能器寿命的影响温度的升高还会对换能器的寿命产生影响。
过高的温度会加剧换能器材料的老化速度，从而影响其使用寿命。
因此，在实际应用中，需要对换能器的工作温度进行控制，以延长其寿命。
3. 影响超声波换能器温度的因素影响超声波换能器温度的因素有很多，下面列举了几个主要因素： 1. 工作频率：换能器的工作频率对其温度有着直接影响。
较高的工作频率会导致换能器温度升高。
2. 工作电压和电流：工作电压和电流的增加会使换能器的温度升高。
3. 驱动方式：不同的驱动方式（如连续波驱动和脉冲驱动）对换能器的温度有不同的影响。
4. 外界温度：外界环境的温度也会对换能器温度产生影响。
4. 超声波换能器与温度的应用超声波换能器在许多领域都有广泛的应用，下面列举了其中几个应用： 1. 超声波清洗：在工业领域，超声波换能器可用于清洗零件表面的污垢和油脂。
超声波振幅对铝合金微观组织的影响浅析
超声波振幅对铝合金微观组织的影响浅析铝合金由于其优异的性能在航空航天及其它工业当中有大量的应用。
其中，镁-铝-硅系的6061铝合金强度高、耐蚀性强、热处理性能好，常常被用作结构件时发挥了重要的作用[1-2]。
因此，有很多科学方法可以提高铝合金的机械性能，例如：人工失效、轧制、挤压等。
显然，这些传统的方法有一个共同的特点，也就是不遗余力地改善了合金的微观组织以提高其机械性能。
一般地，合金的微观组织大多数在凝固的过程中形成的，因此，控制合金的凝固过程对材料的微观组织有着至关重要的作用。
其中，对合金熔体施加振动也是改善金属材料内部结构和组织状态的有效方法之一。
早期的振动方式只是简单的机械振动，随着科学技术的不断发展，早期简单的机械振动逐渐被高频率的超声波（频率≥20KHz）振动所代替。
超声振动实际上就是在合金熔体中引入机械振动从而引入一种动态的形核过程。
超声波的主要机制是空化效应和声流机制。
有很多学者对超声处理金属熔体进行了大量的研究。
结果表明[3-5]：超声场对金属及其合金材料主要有以下四方面的影响：第一，促进形核；第二，晶粒的细化和粗化；对7075铝合金超声处理后，其铸锭横截面从边缘到中心部位出现了大量的等轴晶，而未进行超声波处理的铸态合金横截面上随机分布着大小不一的晶粒；第三，对第二相的形貌和分布有影响；乐启炽[6]等人研究发现，对镁硅合金进行熔体超声处理不但可以使其凝固组织得到细化，而且对合金中的第二相Mg2Si的形貌和分布情况有显著的影响。
第四，有去气除渣的作用；对铝合金铸锭进行适当的超声波处理可以得到良好的除气效果，但处理时间过长，反而会导致气孔增加。
因此，本文用不同振幅的超声波对6061铝合金熔体进行了超声孕育处理，研究了超声波处理温度条件对6061铝合金微观组织的影响。
1. 实验材料与方法6061铝合金的名义成分如表1所示。
首先，对铝合金表面进行打磨处理，除去表面杂质；然后，取一定量的铝合金放入自制的不锈钢坩埚中用中频感应电炉熔炼；持续加热至750°C并充分搅拌使合金完全熔化；最后，关闭电炉。
高能超声细化对Al／Si复合材料组织的影响
作者简介 ： 兆虎 （９ ６ ） 男 ， 程 １８ 一 ， 硕士研究 生 ， 主要从 事新 型材料制 备方
｜
开 发 研 究 Ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｅ ｅ ｒｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｓ ａｃ Ｒ
－＿ －
同 声细化对 Ａ ／ｉ 能超 Ｉ 复合材料 组织的影 响 Ｓ
Ｅ＝ ，
－ 一
程兆 虎 ，于 浩 ，钱 恰君 （ 肥工 业 大学材 料 科学 与工 程 学院 ， 肥 市 合 合
２０ ０ ３ ０ ９）
１ 试验 方 法
１ 超 声 波处理 ． ２
将 制得 的复合 材 料预 制块 置 于坩 埚 中放 入井 式 电 阻炉 中加热 至 ６ ０ ７０Ｃ 温 ■小 时 ， 预 制块 表 面 ６％～２ Ｃ保 待 变 红 坍 塌 后 用 钢 杆均 匀搅 拌熔 体 ，静 置 １～ ０ ｉ ０ ２ｒ ｎ取 ａ 出 ， 即将 预热 后 的超 声波 导人 杆 导入 熔 体 中 ， 制 超 立 控 声 波振 动 时 间 （０ １０ ） 输 出功 率 （０ ０ ）对 熔 体 ８～ ０ ｓ及 １０ Ｗ ， 进 行 超声 波振 动处 理 ， 空冷 至室 温 。 本实 验 所用 的超 声
至 ７ ０ ８０ ， 铝 液 全 部 熔 化 ， ０ —０ ％ 待 精炼 撇 渣 加 Ｍｇ静 置
收稿 日期 ：０ ｌＯ 一Ｏ ２ １ — ５ Ｉ 文章 编 号 ：０ — ６ ２１ ０３ １
磨 、 光 、 Ｆ溶液 腐蚀 后 ， 抛 Ｈ 在光 学 金相 显微 镜 下 观察 组
织 并 且拍 摄 金相 照片 。
摘要： 采用高能超声处理 Ａ／ｉ Ｉ 复合材料 ， 究了超声波处理对复合材料 的细化作用。研究表 明： Ｓ 研 利用超声波 处 理 Ａ／ｉ 合材 料 ， 以使 初 生硅 相 组织 明显得 到细 化 ， 硅界 面处 的缩孔及 初 生硅 相 中的缩松 明 显减少 。 １ 复 Ｓ 可 铝
超声熔体处理技术对7075铝合金铸态组织及性能的影响
1C over Report封面报道超声熔体处理技术对7075铝合金铸态组织及性能的影响孟宪林（沈阳远大装备科技有限公司，辽宁 沈阳 110027）摘 要：通过对铝合金6063进行熔体处理后发现，处理后的铸件试样较未进行处理的试样有明显的晶粒细化，分布均匀程度提高，合金元素Mg、Zn、Cu 在合金晶粒内的析出被抑制，Mg-Zn-Cu 第二相的析出主要集中在晶界位置，力学性能及硬度均匀不同程度的提高，并且通过试验确定了优选的超声处理介入熔体内温度，为超声波在铸造生产中的应用提供了依据。
关键词：铝合金；熔体；超声处理；晶粒细化中图分类号：TG663 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）22-0001-2 收稿日期：2020-11作者简介：孟宪林，男，生于1987年，汉族，辽宁辽阳人，硕士研究生，研究方向：超声辅助加工及金属材料生产研究。
铝合金晶粒的大小直接影响其力学性能，细晶强化可以提高铝合金的力学性能和改善铝合金变形的均匀性[1]。
铝合金细晶强化的方法有技术主要有熔体过热法、变质处理法、合金元素添加法和熔体搅拌法等。
超声（Ultrasonic）细化属于合金熔体搅拌法的一种方式，其原理是利用超声场在熔体中产生的声空化和声流效应达到除气和细化组织的目的[2，3]。
合金熔体在凝固过程中进行超声处理会使晶粒变细，改变其中一些物理机械性质，如延伸率，强度和变形特性等等。
1 实验设备及方法1.1 试验合金以航空航天领域常用的7075铝合金为研究对象，分别研究了单纯的重力铸造（无超声）和超声铸造的铸棒，通过对金相和力学性能的检测，定性研究超声对7075铝合金铸棒的影响，具体试验条件如表1所示。
表1 试验条件合金试验分组除气超声细化处理浇铸温度Al7075Test 1No No700ºC Test 2Yes/US Yes by US at 700ºC 700ºC Test 3Yes/USYes by US at 680ºC680ºC1.2 试验设备试验设备如下图1所示，采用井式坩埚炉将铝合金原料加热至熔融状态，采用沈阳远大装备科技有限公司自主研发的超声辅助铸造设备，将超声振动引入到熔融铝合金熔体当中。
超声波处理对工业纯铝晶粒细化的影响
超声波处理对工业纯铝晶粒细化的影响陈琳，宗燕兵，苍大强，甄云璞，杨超(北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083)摘要：试验研究了超声波处州时间和功率对工业纯铝晶粒细化程度的影响。
结果表明，随着超声波处理时间的延长，工业纯铝的晶粒细化：随着超声波处理功率的增加，晶粒细化，但是细化程度逐渐减弱，超声波功率与晶粒细化作用之间有一阀值。
关键词：超声波；处理时间；处理功率；细化为了达到细化铝合金铸锭组织的目的，采用超声波振动对金属液处理是极其有效的方法。
超声波具有独特的声学效果，在金属或合金的凝固过程中，如果施加超声波振动，铸锭的凝固组织就会从粗大的柱状晶变成均匀细小的等轴晶，同时铸锭的宏观偏析及微观偏析也得到了改善[1-5]。
关于超声波对铸锭组织的细化作用的机制目前有几个说法，比较普遍的认为是由于空穴现象促进在液态金属中核的生成，即核生成促成学说；另一种是枝晶破断学说。
主要研究了超声波处理时间以及超声波功率对纯铝凝固组织的影响，分析超声波影响纯铝凝固组织的原因，探讨超声波影响金属或合金凝固过程的作用机制。
1 试验方法1.1 试验装置超声波振动装置包括超声波发生器，频率20kHz，功率0～600W(可调)；超声波换能器，靠磁致伸缩效应，产生高能超声：变幅杆，超硬铝制成；导入杆，钛合金制成。
此外还有石墨粘土坩锅（Φ120mm×180 mm）；电阻炉，热电偶等辅助装置。
试验装置见图1。
图1超声波试验装置示意图1.2 试验过程试验所用的材料为w(A1)=99.7％的工业纯铝，在电阻炉中熔化纯铝，熔化的过程中需要扒渣处理。
将超声波导入杆预热到200℃，通入到石墨坩埚的液态铝中，插入深度10mm、改变处理条件对液态铝进行超声波处理。
然后立即注入预热到200℃的金属型坩埚中。
将凝固后的铸锭沿纵向切开，酸液侵蚀，观察其凝固组织，根据GB3247-82标准，用Quant-Lab软件测量晶粒度，探讨超声处理条件与晶粒度的关系。
超声波导入方式对金属凝固组织的影响
超声波导人方式对金属凝固组织的影响。
李杰陈伟庆（北京科技大学）摘要：简要介绍了超声及其在应用中的作用特征、基本效应。
超声波处理金属熔体有两种导入方式：在金属液凝固前和凝固过程中导入超声波。
超声波导入低熔点金属液时，工具头可选用耐热金属合金材料；直接导入商温钢液的工具头可考虑选用金属陶瓷材料。
在金属凝固过程中超声处理细化凝固组织的机理主要是超声空化效应和震动作用使初晶破碎，增加形核质点；在金属液凝固前进行超声处理对其凝固组织影响的机理尚需迸一步研究。
关键词：超声波金属熔体凝固组织ＥｆｆｅｃｔｏｆＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＬｅａｄｉｎｇＭｅｔｈｏｄｓｏｎＳｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＭｏｌｔｅｎＭｅｔａｌＬｉＪｉｅＣｈｅｎＷｅｉｑｉｎｇ（ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ）剐瞻恻：Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｓａｎｄｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｅｆｆｅｃｔｓｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｂｄｅｎＹｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｒｅａｒｅ．ｔｗｏｌｅａｄｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｆｏｒｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｍｏｌｔｅｎｍｅｔａｌ，ｗｈｉｃｈｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｍｏｌｔｅｎｍｅｔａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｂｅｆｏｒｅｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｈｅａｔ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔａｌｌｏｙｓｂｅｕｓｅｄｔｈｅｔｏｏｌｈｅａｄａｔｌｅａｄｉｎｇｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｉｎｔｏｌｏｗ－ｍａｌｔｉｎｇｐｏｉｎｔｍｅｔａｌ．Ｔ１１ｅｃｅｒｍｅｔｍａｔｅｒｉａｌｍａｙｂｅｃｈｏｓｅｎｔｈｅｔｏｏｌｈｅａｄａｔｌｅａｄｉｎｇｕｌｔ蒯ｃｉｎｔｏｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｌｉｑｕｉｄｓｔｅｅｌ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｍｅｔａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｃｔｉｏｎｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉＳｔＯｂｒｅａｋｕｐｔｈｅ谢ｇｉｎａｌｃｒｙｓｔａｌａｎｄｔＯｉｎｃｒｅｓ＿Ｓｅｋｅｒｎｅｌｆｏｒ—ｍａｔｉｏｎｂｅｃＡｔＬｋ鸵ｏｆｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｕｎｄｃａｖｉｔａｔｉｏｎａｎｄｓｈａｋｅａｃｔｉｏｎ．ＴｈｅａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｕｌｔｒａｓｍｉｃｔｒｅａｔｍｅｎｔｂｅｆｏｒｅｍｏｌｔｅｎｍｅｔａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｔｉｌｌｎｅｅｄｔＯｂｅｍｏｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｌｔｅｎｍｅｔａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｋｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ１引言铸坯等轴晶化技术近年来受到冶金工作者普遍关注，他们认为扩大等轴晶区不仅可以改善金属熔体的凝固性能，更重要的是可以改善熔体凝固组织的宏观偏析和中心疏松。
高能超声波处理高硅铝硅合金的组织和力学性能
Ｔｈｅ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｏ ｉｔｅ ｆ ａ ｔ ｒ ｎ ｏ ｂ ｎａ ｉ ｔ ｏｕ ｎｅ ｓ ｆ ａ ｔ ｅ ｉ ｈａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｆｂｒｔ ｌ ｒ ｃ ｕ ｅ ｉ ｃ ｍ ｉ ｔｏｎ ｗｉｈ ｔ ｇｈ ｓ ｒ ｃ ｕｒ ｓｏｂｓ ｒ ｅ ． ｅ ｖ ｄ Ｋｅ ｒ ｓ： ｅ ａ ｔ ｒａ ；Ａ１２ Ｓｉａ ｌ ｙ；ｕｌｒ ｓ ｃ ｔ ｅ ｔ ｎｔ ｙ ｗｏ ｄ ｍ ｔ ｌｍａ ｅ ｉ ｌ —０ ｌｏ ｔａ ｏｎｉ ｒ ａ ｍｅ ；ｍｉｒ ｔ ｕｃ ｕ ｅ；ｍ ｅ ｈａ ｉａ ｏ ｅ ｔｅ ｃ ｏｓ ｒ ｔ ｒ ｃ ｎ ｃ ｌｐｒ ｐ ｒ ｉｓ； ｆ ａ ｔｌｅ ｍ ｅ ｈ ｎｉｍ ｒｃ１ ｃ ａ ｓ ｒ
ｉ ｅｌｄ ｓ ｒｂｕｔ ｄ． Ｔ ｈｅ ｅ ｉｅ ｔ ｅ ｔ ａ ｅｏｎ ｔｏ ｏ ｔ ａ ｌ ｙ ｒ ｉ ｐｒ ｖ ｄ Ｆｒ ｍ ｔ ｆ ａ ｔ ｒ ｓ ｗ ｌ ｉ ｔ ｉ ｅ ｔ ｎｓｌ ｓ ｒ ｎｇ ｈ ｎｄ ｌ ｇａ ｉ ｎ ｆ ｈｅ ｌｏ ａ ｅ ｍ ｏｅ． ｏ ｈｅ ｒ ｃ ｕ ｅ ｓ ｆ ｃ ｆｔ １２０ Ｓ ｌｏ ｒ ａ ｅ ｉｈ ｕ ｔ ａ ｏｎｉ ｏｕ ｕｒ ａ ｅ ｏ ｈｅ Ａ — ｉａ ｌ ｙ ｔ ｅ ｔ ｄ ｗ ｔ ｌｒ ｓ ｃ ｓ ｎｄ， ｍ ａ ｅ ｒｎ ｌｔ ｎ ｉ ｐｌ ｓ ｃ ｎ ｂｅ ｓ ｅ ｎｙ ｔ ａ ｉ ｇ ｓ ｉｓ ａ ｄ ｄ ｍ ｅ ａ ｅ ｎ．
拉 强 度 和 延伸 率 提 高 。通 过 对 合 金 拉 伸 断 口形 貌 的 观察 ， 现 在 经 过 超 声 处 理 的 Ａｌ ｏ多 的撕 裂 带 和 韧 窝 ， 现 为脆 性 断 裂 和 韧 性 断 裂 的混 合 型 断 口 。 表 关键 词 ： 属 材 料 ； １ Ｏ ｓ 合 金 ； 声 波 处 理 ； 观 组 织 ； 学性 能 ； 裂 机 制 金 Ａ— ｉ ２ 超 微 力 断 中 图 分 类 号 ： Ｇ２ ２ Ｔ ９ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ７ ７ ４ （ ０ １ ０ —０ ５０ １ ０ ５ ５ ２ １ ） ７０ ３ ４
高能超声处理对晶粒细化组织和研究
目录
1
2
1、绪论 2、铝及铝合金的介绍
3、实验材料与方案
4、实验结果讨论
3
5、全文总结与展望
4 目录
5
1、绪论
1
2
1.1 选题目的与意义 1.2 铝硅合金的应用现状
3
1.3 半固态成形技术
4 Part 1
5
1、绪论
• 1.1 选题的目的与意义
•
随着科学技术的飞速发展，现代汽车制造材料的构成，发生了较大的变化，高密度材料的比例下降，
低密度材料有较大幅度的增加，有色轻金属的应用范围在不断扩大，特别是高强度、低密度、耐磨性和
耐蚀性好的材料越来越受到各行各业的青睐。
•
经过超声波处理的铝硅合金具有抗拉强度高、线膨胀系数小、耐磨性和抗蚀性好、铸造和切削性
能优良等特点，它是汽车、摩托车发动机活塞的理想材料。因此，研究超声波处理对铝硅合金的显微组
成为一种具有优良性能的工业实用材料。
致谢
• 在最后我要衷心地感谢毛老师和钟鼓博士，毛老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、 生活上给我以无微不至的关怀；感谢钟博士在我的论文完成过程中给与的指导与帮助，让我能够顺 利地完成论文。在此谨向毛老师和钟鼓博士致以诚挚的谢意。谢谢大家。 ~The end~
•
目前对于铝铁合金的研究已经取得了很大进展，使得铝铁合金在某些方面已经充分发挥其有利
作用，并在生产中已得到应用。但是，采用的高能超声波振动方法，其制备工艺复杂、设备昂贵、
制品尺寸有限，在工业应用上受到一定限制。因此，仍有必要深人研究工业上细化过共晶铝硅合金
中的富铁相，提高其综合性能的简单易行方法，使之在普通熔铸条件下实现规模化生产，从而真正
超声波在铝液处理的应用
超声波在铝液处理的应用引言铝是一种常见的金属材料，广泛应用于各个行业。
在铝液的制备和处理过程中，常常需要使用一些物理或化学方法来改善其性质和质量。
超声波作为一种非常有效的物理处理方法，已经在铝液处理中得到了广泛的应用。
本文将介绍超声波在铝液处理中的应用及其优势。
超声波在铝液脱气中的应用铝液中的气体是铝液处理中需要解决的一个重要问题。
气体的存在会导致铝液中的气孔、夹杂物增多，降低铝液的质量和性能。
超声波可以通过产生高强度的声波振动，将气体从铝液中排出，从而达到脱气的效果。
研究表明，超声波处理可以显著减少铝液中的气孔数量，提高铝液的致密性和强度。
超声波在铝液净化中的应用铝液中的杂质是另一个需要解决的问题。
杂质的存在会导致铝液的纯度降低，影响其性能和加工工艺。
超声波可以通过声波振动的作用，破碎和分散铝液中的杂质，使其更容易从铝液中分离出来。
研究表明，超声波处理可以显著减少铝液中的杂质含量，提高铝液的纯度和质量。
超声波在铝液晶粒细化中的应用铝液的晶粒尺寸对其力学性能和加工性能有着重要的影响。
晶粒细化可以提高铝液的强度和塑性，使其更适合各种加工工艺。
超声波可以通过声波振动的作用，促使铝液中的晶粒发生细化。
研究表明，超声波处理可以显著减小铝液中的晶粒尺寸，提高铝液的力学性能和加工性能。
超声波在铝液结晶行为中的应用铝液的结晶行为对其凝固过程和铸造工艺有着重要的影响。
超声波可以通过声波振动的作用，改变铝液的凝固行为，使其凝固过程更加均匀和稳定。
研究表明，超声波处理可以显著改善铝液的结晶行为，提高铝液的凝固质量和铸造成形性能。
超声波在铝液温度控制中的应用铝液的温度控制对其熔炼和铸造过程有着重要的影响。
超声波可以通过声波振动的作用，改变铝液的温度分布，使其更加均匀和稳定。
研究表明，超声波处理可以显著改善铝液的温度控制，提高铝液的熔炼效率和铸造质量。
结论超声波作为一种非常有效的物理处理方法，已经在铝液处理中得到了广泛的应用。
初始溶氧含量对功率超声波触发过氧化氢酶溶液初始成核的影响
初始溶氧含量对功率超声波触发过氧化氢酶溶液初始成核的影
响
张三强;周新丽;戴澄;杨云
【期刊名称】《食品与发酵工业》
【年(卷),期】2016(042)002
【摘要】控制成核在食品结晶、冷冻冷藏、冷冻干燥、冷冻浓缩方面有着重要的意义,功率超声波是一种有效触发溶液初始成核的方法.该研究用平板接触超声法对不同溶氧浓度的过氧化氢酶(Catalase,CAT)溶液迸行了超声触发初始成核,分析初始溶氧含量对CAT溶液超声触发成核温度、延迟时间的影响,并对两种高溶氧含量下CAT溶液超声触发成核形成的冰晶大小和分布进行了分析.结果显示,CAT溶液溶氧含量越高,超声触发成核所获得的最大成核温度越高,成核温度控制更准确,延迟时间更短.此外,溶氧含量高的溶液在相同触发温度下其平均冰晶尺寸小.
【总页数】6页(P48-53)
【作者】张三强;周新丽;戴澄;杨云
【作者单位】上海理工大学食品科学与技术研究所,上海,200093;上海理工大学食品科学与技术研究所,上海,200093;上海理工大学食品科学与技术研究所,上
海,200093;上海理工大学食品科学与技术研究所,上海,200093
【正文语种】中文
【相关文献】
1.超声波导入时初始温度对铝-硅合金组织的影响 [J], 于浩;程兆虎;钱怡君
2.超声波对铝酸钠溶液种分成核粒度的影响 [J], 陈国辉;陈启元;尹周澜;张斌
3.超声波对硫酸钠溶液结晶成核的影响 [J], 陈霞;李鸿
4.不同溶氧量下功率超声波控制成核对过氧化氢酶溶液冷冻干燥的影响 [J], 周新丽;申炳阳;张三强
5.超声波影响初始霜晶生长的微观可视化研究 [J], 李栋;陈振乾
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超声波对铝合金熔体的有效细化区域_谢恩华
可得工具杆中的入射声压幅值.
端面 工具杆
传播介质
入射波
透谢波
式中： Pz 为轴线 r 上距离工具杆端面 a 处的声压幅 值；a 是轴线上任一点至点源的距离；λ 为波长；Pq 为 工具杆浸入熔体时端面处的声压幅值；Rs 为工具杆 的端面半径. 取铝合金熔体中超声振动系统谐振频 率 为 19 kHz，则 波 长 λ 为 0. 2446 m. 将 P q = 4. 68 MPa，Rs = 0. 025 m 和 λ= 0. 2446 m 代入式（4）， 得到工具杆中心轴线上的声压分布如图 6 所示. 由 图 6 可以发现，沿轴线离工具杆端面约 20 mm 处，声 压幅值已下降至起始值的近一半，在离工具杆端面 约30 mm处，声压幅值已下降至约 1 MPa. 可见，在近 场区声压幅值随距离的增加快速衰减，当距离增加 到一定值时，声压幅值的下降趋势趋于平缓.
1. 3 试验方案 将盛有铝合金块的石墨坩埚置入电阻丝炉中
进行熔炼，待铝块完全融化后，充分搅拌熔体，持 续加热至 750 ℃ ，关闭电阻丝炉的电源，坩埚不移 出，待熔体温度降至液相线温度 635 ℃ 时，对其进 行超声振动处理. 超声振动系统的工作参数如下： 频率为（20 ± 0. 5） kHz，输出功率为 170 W，工具 杆端面直径为 50 mm. 将工具杆伸入熔体施加振 动之前，为了防止冷工具杆浸入高温熔体时熔体 粘附在工具杆上面引起系统过载失谐，先对工具 杆进行预热处理，工具杆从熔体顶部中心处导入， 伸入液面下约 25 mm. 当熔体温度降至 575 ℃ 时， 停止超声振动系统的工作，将工具杆移出熔体，坩 埚继续置于炉内，冷却直至熔体凝固.
摘 要： 为了探讨凝固组织的超声细化区域范围，在液相线温度至 575 ℃ 区间内对铝合金熔体施加超声振 动，待铸锭冷却至室温，经腐蚀处理后观察其宏观和微观组织. 试验结果表明，在工具杆端面位置处靠近铸锭 边缘有一明显的作用区域分界线，分界线两端组织呈现截然不同的特征，端面以下组织均得到了有效的细 化，而端面以上组织晶粒粗大，呈枝晶状分布. 超声在熔体中产生空化和声流效应，理论计算表明，熔体中的 有效空化范围为端面下 30 mm 区域内，超声在熔体中产生的声流效应遍及整个熔体可流动区域，通过声流 和空化的双重作用，工具杆端面以下的组织均受到超声的作用，并得到细化. 关键词： 功率超声；声压分布；空化范围；声流效应；凝固组织；有效作用区域 中图分类号： TB559；TG249. 9 文献标识码： A 文章编号： 1005 － 0299（2010）02 － 0149 － 05
高能超声波处理对细化过共晶Al_20_Si合金中硅相的影响
第33卷第12期2012年12月材料热处理学报TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENTVol ．33No ．12December2012高能超声波处理对细化过共晶Al-20%Si 合金中硅相的影响于浩1，2，程和法1，2，黄笑梅1，2，程兆虎1，2，钱怡君1，2（1.合肥工业大学材料科学与工程学院，安徽合肥230009；2.安徽省有色金属材料与加工工程实验室，安徽合肥230009）摘要：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。
关键词：Al-20%Si 合金；超声波处理；微观组织中图分类号：TG292文献标志码：A文章编号：1009-6264（2012）12-0058-06Effects of high-intensity ultrasonic treatment on primary silicon of Al-20%Si alloyYU Hao 1，2，CHENG He-fa 1，2，HUANG Xiao-mei 1，2，CHENG Zhao-hu 1，2，QIAN Yi-jun 1，2（1.School of Materials Science and Engineering ，Hefei University of Technology ，Hefei 230009，China ；2.Engineering Laboratory of Nonferrous Materials and Processing of Anhui Province ，Hefei 230009，China ）Abstract ：Refining effects of high-intensity ultrasonic treatment on primary Si of hypereutectic Al-Si alloy were investigated by processing Al-20%Si alloy melt under the high-intensity ultrasonic field during solidification．The results show that with the high-intensity ultrasonic treatment ，the thick plate primary Si in Al-20%Si alloy is refined to spherical shape and crystal dimension is diminished ，and the round and homogeneous grains are obtained．The effects of refinement are more remarkable with increasing the power of ultrasonic．It is found that the position of introducing ultrasonic in the melt significantly influence the microstructure of Al-20%Si alloy．The better refinement results on the microstructure of Al-20%Si alloy can be obtained by ultrasonic treatment at a shallow depth and a center of the metal melt．Key words ：Al-20%Si alloy ；ultrasonic treatment ；microstructure收稿日期：2011-10-17；修订日期：2011-12-17基金项目：安徽省自然科学基金（090414197）作者简介：于浩（1986—），男，E-mail ：cangshan_erhai@126．com 。
超声对铝合金凝固传热与组织形成的影响与作用机制
超声对铝合金凝固传热与组织形成的影响与作用机制蒋日鹏;李晓谦;李开烨;张雪【摘要】Ultrasonic vibration was imposed on aluminum alloy melt in three different temperature ranges respectively to study its corresponding effect on interior energy transfer and the ingot microstructure and its mechanism. The results show that within the solidus-liquidus temperature, resonance effect of crystal caused by ultrasonic leads to effective refinement of solidification microstructure and a significant increase of cooling rate; while above the liquidus temperature, a minor decrease of cooling rate occurs due to the ultrasonic thermal effect, also grains are well refined for the enlargement of supercooling region and increase of nucleation rate produced by ultrasonic cavitation in liquid phase, but this refining effect is gradually weakened with the temperature increase of applying ultrasonic vibration. Cavitation and resonance effects are two leading mechanism of ultrasonically induced grain refinement in different solidification stages of aluminum alloy.%分温度区间段对铝合金熔体实施超声波振动,研究不同阶段导入超声对熔体内部能量传递与铸锭组织的影响,并探索各个阶段相应的超声作用机制.研究结果表明:超声波作用于同液相区时产生的结晶体谐振效应促使其冷却速率大幅提高,并有效地细化凝固组织；在高于液相线温度区间,超声热效应使熔体的冷却速率略有降低,在液相中产生的超声空化效应能够扩大过冷区、提高形核率,取得显著的细晶效果,但这种细晶效果将随施振温度的提高而逐渐减弱.空化效应与谐振效应是在铝合金凝固过程不同阶段超声细晶的两个主导机制.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(043)010【总页数】7页(P3807-3813)【关键词】铝合金;超声铸造;凝固组织;冷却速率;空化;谐振【作者】蒋日鹏;李晓谦;李开烨;张雪【作者单位】中南大学机电工程学院,高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙,410083;中南大学机电工程学院,高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙,410083;中南大学机电工程学院,高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙,410083;中南大学机电工程学院,高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TB559;TG249.9自 Chernov的动态凝固观点应用于冶金过程中后[1]，早期的研究已经表明，对正处于凝固阶段的金属熔体施加低频振动后其凝固组织会得到细化，而当高频率振动的超声波施加到其中后，各种金属和合金的组织都可以得到相当程度的细化，材料性能也得到大幅提升[2−4]。
超声振动对7050铝合金熔体冷却时间及凝固组织的影响
超声振动对7050铝合金熔体冷却时间及凝固组织的影响李晓谦;李开晔;陈铭;赵世琏【摘要】分别在3个不同的温度范围内对7050铝合金熔体施加超声振动,研究超声施振对熔体冷却时间及凝固组织的影响,并分析超声细化组织的机理.实验结果表明:超声振动在不同的温度范围内对熔体冷却时间的影响不同,在670～655℃和640～625℃温度范围内施振时,熔体的冷却时间长于未施加超声的时间:在625～590℃施振时,熔体的冷却时间明显短于未施加超声的时间,约为其三分之一;在640～625℃对熔体连续施加超声振动所得到的凝固组织细化效果明显好于施振温度范围为625～590℃;计算结果表明超声波引起的声流和机械效应不能直接折断枝晶臂;在超声振动的搅拌下,初生枝晶二次臂根部熔断是重要的细化机制.【期刊名称】《粉末冶金材料科学与工程》【年(卷),期】2011(016)002【总页数】6页(P249-254)【关键词】7050铝合金;超声振动;施振温度;细化机制【作者】李晓谦;李开晔;陈铭;赵世琏【作者单位】中南大学机电工程学院现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室,长沙,410083;中南大学机电工程学院现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室,长沙,410083;中南大学机电工程学院现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室,长沙,410083;中南大学机电工程学院现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室,长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TB559;TG249.9铝及其合金材料的比强度和比刚度与钢相似，但由于其密度较低，在同样的强度水平下可提供截面更厚的材料，在受压时的抗屈曲能力更佳。
因此，铝合金以其一系列的优良特性广泛应用于现代航空航天、交通运载、信息产业等高科技领域，在国民经济高速持续发展中占有极为重要的地位[1-2]。
随着科学技术飞速发展，加速发展材料制备技术具有重要战略意义。
引入超声外场制备材料是当今材料科学发展的前沿技术之一，这是因为超声波在熔体传播过程中会产生空化、声流、机械、辐射压力等非线性效应[3-6]。
超声外场对7085铝合金基体组织及第二相的影响
超声外场对7085铝合金基体组织及第二相的影响黄明哲;李晓谦;蒋日鹏;宁佳杰【摘要】采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)等技术研究超声外场对7085铝合金基体组织以及第二相组织的影响规律.研究结果表明:与未施加超声外场的铸锭相比,经过超声外场处理的铸锭中呈现出大量尺寸细小、分布均匀的等轴晶组织,平均晶粒粒径减小到176 μm,Zn和Mg在基体中的固溶度分别提高22％和54％;超声外场下,第二相组织的形貌和尺寸也得到很大的改善,失去长条状和针状的特征,呈现出细小弥散的第二相组织,θ+T共晶组织平均长度减少20％,Al3Fe相平均长度减少32％,Mg2Si相平均长度减少45％,A13Fe相和Mg2Si相中的合金元素部分被固溶到基体组织中.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(046)007【总页数】7页(P2439-2445)【关键词】7085铝合金;超声;凝固;基体组织;第二相【作者】黄明哲;李晓谦;蒋日鹏;宁佳杰【作者单位】中南大学机电工程学院,高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙,410083;中南大学机电工程学院,高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙,410083;中南大学机电工程学院,高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙,410083;中南大学机电工程学院,高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TG249.9;TB5597XXX系合金是可热处理强化的超高强铝合金，由于它具有较高的屈强比和比强度、较高的断裂韧性和优良的耐腐蚀性能等优点，该系合金广泛应用于航空航天领域，并成为这个领域中最重要的结构材料之一[1]。
7085铝合金是美国Alcoa公司于2002年开发的具有高淬透性、高强、高损伤容限的新一代先进铝合金，该合金目前已被用作波音787飞机和空客A380大型飞机的翼梁和起落架等重要承力构件[2]。
超声波功率对半连续铸造6013铝合金组织与力学性能的影响
超声波功率对半连续铸造6013铝合金组织与力学性能的影响陆向科;王孟君;李新涛;康跃华;王顺成【摘要】采用超声波辅助半连续铸造工艺制备直径310 mm的6013铝合金铸锭,利用金相显微镜、扫描电镜、电子探针分析仪和拉伸试验机,研究了超声波功率对半连续铸造6013铝合金铸锭显微组织与力学性能的影响.结果表明:超声波辅助半连续铸造工艺可以细化铸锭的晶粒和第二相,提高α-Al基体上的元素固溶度.超声波功率越大,铸锭的晶粒和第二相越细小,第二相分布越均匀,α-Al基体中的元素固溶度越高,铸锭的拉伸力学性能越高.当超声波功率增大至350 W时,铸锭的抗拉强度为261.9 N/mm2,屈服强度为225.8 N/mm2,伸长率为20.9％,与未施加超声波的铸锭相比,此时铸锭的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高了10.7％、13.6％、14.8％.【期刊名称】《轻合金加工技术》【年(卷),期】2019(047)005【总页数】6页(P25-29,51)【关键词】6013铝合金;半连续铸造;超声波功率;晶粒细化;均匀化【作者】陆向科;王孟君;李新涛;康跃华;王顺成【作者单位】中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410083;广东省材料与加工研究所,广东广州510650;中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410083;广东省材料与加工研究所,广东广州510650;广东省材料与加工研究所,广东广州510650;广东省材料与加工研究所,广东广州510650【正文语种】中文【中图分类】TG249.7;TG2926013铝合金是美国铝业公司研制的一种综合性能较好的Al-Mg-Si-Cu系变形铝合金，具有高的强度和良好的断裂韧性、抗疲劳性能、抗腐蚀性能、焊接性能和塑性加工性能，可加工成板材、管材、棒材、线材、型材、锻件等，广泛应用于飞机、武器装备、汽车、电子电器等领域[1-2]。
但6013铝合金的合金化程度较高，在半连续铸造过程中元素偏析和热裂倾向较大，尤其大尺寸铸锭更为严重[3]。
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工 业上 未 能广 泛应 用ｎ 。为 进一 步发 掘该 材料 的性 ］
１ 实 验 方 法
１ １ 实 验 材 料 ．
选 择 Ａｌ Ｏ ｓ 合 金作 为 实 验 材料 。合 金 以工 一 ｉ ２ 业 纯铝 （ ９ ７ ） 纯 硅 为 原料 ， 照合 金 的化 学 成 ９ ． 和 按
能潜力 从 而 扩 展 使 用 范 围 ， 必 要 开 展 大 过 共 晶 有 Ａ１Ｓ 合金 相关 理论 的基 础研 究 。相关 理 论 研 究 的 一ｉ
ｔ ｅ ｗａｓａ ｏｕ ０ ℃ ． ｕｒ ｔａｂ ｔ６６ Ｋ ｅ ｒ ： ｕ ｔ ａ ｏｎｉ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ Ａ １２０ Ｓｉａｌ ｙ ｗｏ ｄｓ ｌｒ ｓ ｃ ｔｅ ｔ ｎ ； — ｌ ｏｙ；ｍ ｉｒ ｓ ｒ ｔ ｅ ｃ ｏ ｔ ｕｃｕｒ
过共 晶铝 硅合 金 的常 规凝 固组 织是 由初 晶硅 和 共 晶体 组 成 。初 晶硅 相 通 常 长 成 粗 大 的板 片状 ， 随 着 硅含 量 提高 ， 晶硅 变 得 十 分 粗 大 。在 常 规 铸 造 初 条 件下 ， 果不 通 过变质 剂 细化 ， 含量 （ 如 硅 质量 分数 ，
ｐ ｒ ｔ ｒ ａ ｇ ｓ ｂ ｔ ｅ ２ ℃ ａ ｄ ６ ０ ℃ ｗｅ ｅ ｓｕ ｉｄ ｅ ａ ｕ ｅ ｒ ｎ ｅ ｅ ｗｅ ｎ ６ ０ ｎ ８ ｒ ｔ ｄ ｅ ．Ｔｈ ｅ ｈ ｎ ｓ ｏ ｉｒ ｓ ｒ ｃ ｕ ａ ｒ ｆｎ ｍｅ ｔｆ ｒｔ ｅ ｕ ｔａ ｏ ｉ ｔｅ — ｅｍ ｃ ａ ｉｍ ｆｍ ｃ ｏ ｔ ｕ ｔ ｒ ｌ ｅ ｉ ｅ ｎ ｏ ｈ ｌｒ ｓ ｎｃ ｒ ａ
第 ３ 卷
第 ５ 期
精
密
成
形
工Hale Waihona Puke 程 ２１ ０ １年 ９月
Ｊ ０ＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＮＥ ＴＳ ＡＰＥ Ｆ Ｈ ＯＲＭ Ｉ ＮＧ ＥＮＧＩ ＥＲＩ ＮＥ ＮＧ
超声 波 导 入 时初 始 温 度 对 铝一 合 金 组 织 的影 响 硅
于浩 ，程 兆 虎 ，钱 怡 君
（ 肥 工业 大学 材料 科 学与 工程 学 院 ， 肥 ２ ０ ０ ） 合 合 ３ ０ ９
ｔ ｄ ａ ｌ ａ ｌｏ ｄ ｓ ｕｓ ｅ Ｗ ｉｈ ｔ ｅ ｒｓ ｆｓ ａ ｔｎｇ ｔ ｍ ｐｅ ａ ｕ ｅｔ ｏ ｐｈ ｏｇ ｉ ａ ｙ ｃ ｙｓａ ｉ ｃ ｈａ ｇｅ ｈｉｋ ｅ ｌｏｙ ｗ ｓａ ｓ ｉｃ ｓ ｄ． ｔ ｈ ｉｅｏ ｔ ｒ ｉ ｅ ｒ ｔ ｒ ｈｅ ｍ ｒ ｏｌ ｙ ｏｆｐｒｍ ｒ ｒ ｔ ｌｓｌ ｏｎ ｃ ｎ ｄ ｂｙ ａｔ ｃ ｉ
摘 要 ： 用 高能超 声 波对 Ａｌ Ｏ ｉ 采 一 ％Ｓ 合金 进 行 处理 ， 制 Ａｌ Ｏ Ｓ 合 金熔 体 温度在 ６ ０ ８ ２ 控 一 ｉ ２ ２ ～６ ０℃ ， 究 研 合金 组 织随超 声 波导入 时熔体 初始 温度 的 变化规 律 。 实验表 明 ， 着导入超 声 波时 熔体 温度 的升 高 ， 晶硅 随 初 形貌 由粗 大的板 片状 逐渐 变成 细 小的颗 粒状 ， 声 波处理 熔体 的 温度控 制在 ６ ０℃ 左右 时 ， 晶硅 的组 织细 超 ６ 初
术 ， 声 波 振 动 处 理 对 金 属 液 凝 固 组 织 细 化 具 有 显 超
著 效果 。文 中主要研 究超 声 波 振 动导 人 Ａ１ ｉ 金 一 合 Ｓ
液 时不 同 的熔体 温度 对凝 固组 织 的影 响 。
下 同） 于 １ 后 就 难 以 铸 出合 格 的 铸 件 ， 而 在 大 ８ 因
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小 、 整度 高 、 布均 匀。 圆 分
关 键 词 ： 声 波 处 理 ； 一０ Ｓ 合 金 ； 观 组 织 超 Ａｌ ｉ ２ 微 中 图分 类号 ： ＴＧ２ ２ ＴＧ１ ６ ２ ９： ４． １ 文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１ ７ — ４ ７ ２ １ ） ５ ０ ４ ３ ６ ４ ６ ５ （ ０ １ ０ — ０ ７０