高能超声波对过共晶Al-Si合金组织影响的研究

摘要

过共晶Al-Si合金因其具有良好的铸造性能、低热膨胀性、高耐磨性等诸多优点，广泛应用于航空航天、电子信息、交通运输等领域。但是，通常凝固条件下，过共晶Al-Si合金的组织中存在粗大的初晶硅相，显著降低其加工性能和力学性能，因此，需要采取各种措施来细化初晶硅组织、提高性能。高能超声波处理是一种新型的熔体处理技术，能够显著改善合金的凝固组织，减小晶粒尺寸，提高合金中化学成分的均匀性，同时，还可以清除熔体中的气体和杂质。本文主要研究高能超声波处理对Al-20%Si合金凝固的影响规律。　　(1)采用高能超声波对Al-20%Si合金熔体进行处理，研究高能超声波在不同工艺参数条件下对Al-20%Si合金微观组织的影响。控制熔体初始温度为680℃和超声波处理时间为100s，采用不同输出功率(400～1000W)和占空比(0.5～1.0)的超声波对Al-20%Si合金熔体进行处理。实验结果表明：随着超声波输出功率的增加，合金凝固组织中的初晶硅由粗大的板片状逐渐变为细小圆整的颗粒状，共晶硅形貌也得到很大改善；随着超声波占空比降低，其对合金微观组织的细化效果逐渐减弱，连续超声波处理可比脉冲超声波处理获得更好的组织细化效果。　　(2)在熔体中的不同位置导入超声波进行处理，研究超声波导入位置对Al-20%Si合金微观组织的影响。实验结果表明：在熔体中心液面以下10 mm左右深度导入超声波时，对合金凝固组织的细化效果最好，初晶硅分布最均匀。随着超声波导入杆浸入熔体深度的增加，对合金组织的细化效果逐渐变差，铸锭宏观组织中晶粒细化区域逐渐缩小；当超声波导入位置远离熔体中心位置时，对合金组织中初晶硅的细化作用减弱，铸锭宏观凝固组织中的晶粒细化区域减小。　　(3)在Al-20%Si熔体中以不同的方式移动超声波导入杆，研究超声波的导入方式对合金凝固组织的影响。实验结果表明：沿坩埚的径向往复方式导入超声波对合金熔体处理时，只有靠近超声波导入杆移动区域附近的合金组织中初晶硅得到细化，宏观凝固组织的均匀性较差，不同区域组织的晶粒尺寸相差较大；而采用在熔体中以环绕运动方式导入超声波处理时，获得的合金微观组织中初晶硅尺寸细小，晶粒圆整分散，组织均匀，在距坩埚中心1/2半径处环绕导入超声波处理时，可以使合金熔体凝固组织获得最佳的细化效果。

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文摘

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第一章 绪论

1.1 铝硅合金概述

1.2 过共晶铝硅合金的组织和性能特征

1.3 过共晶铝硅合金的应用现状及发展趋势

1.4 过共晶铝硅合金组织细化方法

1.5 超声波熔体处理技术概述

1.5.1 超声波处理原理

1.5.2 超声波熔体处理的应用现状

1.6 本文主要研究内容

第二章 高能超声波处理对Al-20％Si合金凝固组织的影响

2.1 引言

2.2 实验材料和方法

2.2.1 实验材料

2.2.2 高能超声波熔体处理装置及工作原理

2.2.3 高能超声波处理Al-20％Si合金

2.2.4 试样制备与组织观察

2.3 实验结果和分析

2.3.1 高能超声波处理对合金凝固组织的影响

2.3.2 超声波功率变化对初晶硅形态的影响

2.3.3 超声波占空比对Al-20％Si合金微观组织的影响

2.4 讨论

2.5 结论

第三章 熔体中超声波导入方式对合金凝固组织的影响

3.1 引言

3.2 实验过程和方法

3.2.1 熔体的超声波处理实验

3.2.2 试样制备与组织观察

3.3 实验结果和分析

3.3.1 不同深度固定导入超声波处理对凝固组织的影响

3.3.2 不同水平位置固定导入超声波处理对凝固组织的影响

3.3.3 往复移动方式导入超声波处理对凝固组织的影响

3.3.4 环绕方式导入超声波处理对凝固组织的影响

3.4 讨论

3.5 结论

第四章 全文总结与展望

4.1 全文总结

4.2 前景展望

参考文献

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