功率超声双振动头对A356铝合金半固态组织的影响研究

摘要

半固态成形技术自提出以来，以其节能、近净成形等优点引起国内外众多学者的关注与研究，都认为这一技术具有很大发展潜能，但因传统制浆工艺成本高，生产过程不稳定，限制了其流变成形技术的工业应用。利用功率超声处理技术制备半固态浆料能大大降低成本，提高生产效率，能获得晶粒细小、均匀且球化的半固态浆料组织用于流变成形。目前功率超声的细晶机理尚不完全清楚，在半固态领域的应用也较少，有待研究开发。
　　本课题在课题组前期研究的基础上，在短斜流道上加载功率超声双振动头处理流动中的A356铝合金熔体，制备优良的半固态浆料用于流变模锻。根据这一思路，设计了一套交错式功率超声双振动头实验处理装置，分别在斜流道底部焊接两个振动头，振动头分别与1500W和1000W功率发生系统连接，流道倾斜角度可调。同时也参与设计课题组同步进行的对向式实验装置。实验分别研究了不同浇注温度（600℃、620℃、640℃）、不同流道倾斜角度（35°、40°、45°）以及振动头不同摆放位置关系对半固态浆料微观组织的影响。实验结果发现在流道为40°、浇注温度为620℃、交错式功率超声双振动头实验装置的处理效果最好，其平均晶粒尺寸只有33.7μm，形状因子可达0.78，且组织均匀。在实验后期，把半固态制浆与流变模锻相结合。实验分析发现功率超声制备的半固态浆料试样比未超声处理的试样力学性能更好，通过流变模锻的金相组织分析对比，发现半固态模锻后的组织更为细小、球化。
　　本课题利用功率超声与斜板冷却法相结合，功率超声的热效应及机械效应能有效提高形核率，在流动中的熔体有大量结晶形核形成，通过冲刷和功率超声的声流效应均匀化形核分布，使晶粒均匀细小、球化。本课题打破以往制备半固态浆料容量的限制和减小功率超声的衰减效应，生产工艺与设备简单，有一定的工业应用前景。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2半固态成形工艺概述

1.3 半固态浆料制备方法

1.4功率超声的概述与应用

1.5功率超声细晶国内外研究状况

1.6本课题的研究目的、意义与内容

第2章 功率超声及斜板对半固态组织的作用机理

2.1金属结晶机理

2.2功率超声的主要作用与效应

2.3功率超声作用对金属凝固的影响

2.4倾斜流道对半固态金属浆料的作用

第3章 功率超声双振动头实验装置的设计

3.1超声频电源发生器

3.2超声换能器

3.3超声变幅杆的设计

3. 4振动头的设计

3.5斜流道的设计

3.6支架和角度调节器的设计

3.7实验的整体装置

第4章 功率超声双振动头装置制备半固态浆料实验

4.1实验材料及实验流程

4.2实验设计

4.3实验结果与分析

4.4最佳工艺参数的确定

4.5能谱分析结果

4.6结论

第5章 半固态浆料流变模锻实验

5.1实验设备

5.2实验方案与流程

5.3实验结果

5.4结论

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读学位期间发表文章

致谢

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