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 TREATMENT

Vol ．33No ．12December

2012

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 alloy

YU 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 。通讯作者：

程和法（1962—），博士，教授，主要从事铸造合金和泡沫

金属研究，电话：0551-

2901362，E-mail ：cheng12505@yahoo．com．cn 。过共晶Al-Si 合金因其具有良好的铸造性能、耐腐蚀性能、耐磨性能和低密度等优点，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域

［1-2］

。但由于粗大板片状初

晶硅的存在，严重割裂基体，显著降低合金的力学性能和加工性能，

特别是韧性显著降低。因此，采取有效的组织细化方法，使初晶硅及共晶硅尺寸细小、形貌圆整、

分布均匀，对过共晶Al-Si 合金提高力学性能、扩大应用领域具有重要意义［3-4］

。目前，较常用的

细化初晶硅、提高过共晶Al-Si 合金力学性能的方法

有变质处理［5］

、施加物理场［6-7］

，以及采取快速凝

固

［8］

的方法等。高能超声波处理合金熔体是一种新

型的熔体处理技术，超声波的空化效应和声流效应，能够显著改善合金的凝固组织，减小晶粒尺寸，提高合金化学成分的均匀性，同时可以清除熔体中的气体和杂质

［9-10］

。

本文采用Al-20%Si 合金为实验对象，研究高能超声波对凝固组织中硅相的细化效果和作用规律。

1实验材料及方法

实验材料为工业Al-

20%Si 合金。将Al-20%Si 合金放入到内径为80mm 的石墨坩埚中，在坩埚电阻炉内加热到预定温度并保温10min ，将经过预热的超声波导入杆插入到金属熔体中进行超声波处理。超声波处理装置是由超声波发生器、超声波换能器、变幅杆及导入杆组成，其最大输出功率为1200W ，且为连续可变式，输出频率为（20ʃ0.5）kHz 。

实验采用不同功率（400 1000W ）的超声波对合金熔体进行处理，处理时间为100s ，开始处理时，控制