超声波熔体处理对铝合金组织和性能的影响

　　试验研究超声波熔体处理对铝合金组织和性能的影响中南大学胡化文陈康华黄兰萍刘红卫郑强要是AW）3），使其成为结晶核心，从而促进了形核，因此能细化晶粒，并得到较高抗拉强度和塑性的铸锭。研究超声作用对其显微组织和力学性能的影响。结果表明：对7055铝合金熔体作用超声能细化晶粒和均匀化组织，提高其抗拉强度，并能大幅度提高其塑性。

　　在金属或合金凝固过程中施加振动是改善其组织结构、提高力学性能的有效方法之一111.超声振动的高能量及其他的特殊效应，极大地提高了振动对凝固的作用效果。超声波在液体中传播时，液体分子受到周期性交变声场的作用，产生声空化、声流效应及力学机制，引起熔体中流动场、压力场和温度场的变化，从而产生一些特殊的效果。空化泡的崩溃可以导致过冷液体中固体的形核，提高液相形核率自行设计）熔炼用石墨坩埚尺寸为：内径80 mm，可熔炼1.6kg的7055铝合金。

　　6石墨坩埚7.'熔体8.炉村9.耐火砖1.2超声波功率的测量利用超声波使水温度上升的原理，将超声变幅杆插入盛水透明烧杯3 mm深处（水质量为m1，烧杯质量为m2）作用一定时间t的超声，测量作用超声前后的水温并算出温差AT（用水银温度计测量温度）根据热功转换，算出水在超声作用之后上升的热量，按照以下公式算出超声波功率CP）。

　　C2分别为水和烧杯的比热容。

　　因为变幅杆端部的振幅始终为一定值，因此认为在传入熔体的超声能量是不变的，也即其功率不变。试验相关数据：C1数据算出P=4.0 1.3热处理对所铸造试样采用可控硅控温的电阻炉（其温度误*国家重点基础研究发展规划项目G19990649⑴及军工配套项目MKPT―03-148胡化文，男1979年出生，硕士，中南大学粉未冶金国家重点，经超声处理的合金晶粒明显细化而且均匀，常规浇注的铸锭在非平衡结晶凝固过程中，后凝固的区域溶质富集导致晶界和晶内形成大量非平衡共晶相和粗大的第二相，在均匀化后这些粗大的第二相仍然大量存在。从其中还可以看出在630 1下作超声处理后晶粒大小相近，而在670°C下作超声处理后的晶粒尤其细小，在710°C的条件下则比较粗大，但比未作超声处理的要细小。从还可以看出经过超声处理后第二相粒子数目大大减少。

　　7055铝合金均匀化淬火金相组织（~f经功率为4.表1为7055铝合金熔体在超声处理以及未经超声处理的条件下浇注试样的力学性能对比，由此可以看出经超声处理后，合金铸态伸长率提高了107热处理后伸长率提高了102，铸态的抗拉强度提高约18，表1试样处理试样状态经功率为4.0W超声处理15s铸态未经超声处理铸态经功率为4.0W超声处理15s热处理未经超声处理热处理是拉伸试样扫描断口照片，均取自拉伸试样中心区域断口即该断口所示为合金处于3向拉应力状态下的断裂特征。3向拉应力状态使得断裂特征趋向于脆性断裂。此外，超声处理和未经超声处理的断口形貌很相似，断裂属于结晶相弓I起的晶内断裂与晶界断裂的混合型断裂。从中还可看出，7055合金中晶粒呈现部分解理特征，经过超声处理后，晶粒细化，这种特征得以弱化。在高倍下可以明显看出，经过超声处理的断口韧窝小而且密集，未经超声处理的韧窝大而且稀疏。

　　超声熔体处理细化了晶粒，从而改善了合金的变形协调性，使得晶粒变形均匀。

　　0超声处理15 c7⑴C常规铸造d.670C'熔体经40超声处理15 7055铝合金SEM断口扫描照片超声波熔体处理对铝合金组织和性能的影响3讨论超声作用产生的空化效应使晶粒细化、组织均匀。

　　空化效应的产生与超声的作用温度是密切相关的，温度过高形核困难，温度过低熔体粘度太大，不利于超声波在熔体中的传导，不利于空化效应的产生。7055铝合金的液相线为625°C，本次试验认为在7055合金液相线上约50作用超声可以获得较细的晶粒。超声作用的主要机理是：当熔体中导入超声波以后由于声压交替变化，在某一瞬间、某一区域产生高压或负压的空化现象，即产生高压力的压相，或高真空的拉相。当压相通过时，受到来自各方面的高压作用；当拉相通过时则产生相应的拉应力，形成空腔。当压相再一次通过时，这些小空腔又可能发生闭合。

　　在实际的铝合金熔体中包含大量的未溶杂质（主要是AI2O3颗粒）H被吸附在这些颗粒的表面缺陷处，同时也包围在这些颗粒周围，在超声的这种空化作用下空化泡在液态铝-氢气-固态Al23杂质的界面上形成，AI2O3颗粒表面缺陷处的H以及熔体中的H扩散到新形成的气泡中，气泡在极短的时间内迅速长大、崩溃，这样AI2O3颗粒表面被熔体基体所填充。H在熔体内的溶解度随着温度的升高而增加，在对熔体作超声处理时，熔体的温度如果过高（如710°C）则在作相同的超声处理后，熔体中剩余的H含量相对较高，在降温过程中这些H又吸附到Ak3颗粒表面缺陷处，使原本已被活化的杂质再度成为杂质，从而使得晶粒细化不明显。因为超声的空化作用提高形核率，消除了微观和宏观偏析，改善了铝合金的微观组织，使其力学性能得到提高。

　　4结论（）超声波对熔体的空化效应促进了晶核的形成，从而细化了晶粒。