绿色铸造-超声波铸造及应用原理优势.pdfVIP

绿色铸造一超声波铸造的应用原理与优势 李军文1，五3周岐2常国威2桃野正3 1江南大学机械工程学院材料成型与力学系， 江苏无锡214122 2辽宁工业大学材料科学与工程学院， 辽宁锦州121001 3国立室兰工业大学材料物性工学科， 日本北海道室兰050—8585 摘要：物理场细化法由于符合环保的要求，而且被处理的金属铸件或铸锭可以循环利用，因而近年来该 技术在世界范围内得到了普遍的关注。超声波熔体处理技术属于物理场细晶技术之一，近年来，随着超声 波技术的4i断发展，超声波在金属凝同方面得到了广泛的应用。在铸造金属凝固过程中引入超声波振动， 使凝固铸锭品粒细化、组织均匀，去除气孔，铸件的宏观及微观偏析均得到改善。本文在前期研究基础上， 介绍超声波对各种金属铸造熔体的处理效果，并分析了影响这一效果的原凶。 关键词：超声波；金属熔体；凝固铸造：组织；力学性能 1前言 金属超声凝固技术是在金属凝同过程中或在金属凝同前通过对金属熔体施加高强度超 声来控制金属凝固组织和性能的方法。该技术具有设备简单、成本低廉、操作方便、无污染、 细晶效果明显可靠以及材料的再循环性能好等优点，目前受到了世界各国的，“泛关注与高度 重视。虽然其作用机理和规律尚不完全清楚，但是已有的研究结果表明，该技术具有十分广 阔的应用前景。 利用超声波振动处理金属熔体可以实现晶粒的细化、气体的去除、偏析的减小等作用， 与此同时，人们也相继对超声波的细化机理进行了各种各样的探讨，但没有得出一致的见解。 关于超声波的细晶作用，总结前人们的工作，有如下几个方面：(1)空化现象引起的空冷： (2)振荡器的冷却和搅拌；(3)坩埚肇的冷却；(4)脉冲超声的时间延迟。事实上，这种超声 波的细晶作用，是根据克劳修斯一克拉柏龙方程(C1ausious-ClapyronEquation)某一强度的超声波 引起的压力冲击波作用，导致了液相转变为固相。 2超声波对轻金属的作用 对铸锭的等轴晶占有率作如下定义：在铸锭的宏观组织中，等轴品所占的面积与整个铸 锭断面面积之比。那么，超声波功率与铸锭的等轴晶占有率之间的关系如图1所示。 100 装80 } V C l ／挲、 ∞ l汐／ 一＼ 罂60 如 C =t-40 阢：，姒。Iz．t=120s ∞ ／ -[]-^卜1．0mass％Si 亡 120 兹t —C卜^I一1．0mass％Cu o 0一谚 _-^I一1．0massaAMn UI trasonicoutputpower．W 图1超声波功率与铸锭的等轴晶占有率之间的关系 可以看出，当较低的超声波功率处理时，铸锭的细化率较低；相反，超声波功率超过 75W时，在铸锭的下部开始出现微细的等轴晶组织，A卜Cu合金和A1一Mn合金在超卢波功率 120W时，选剑最人的细化率。继续增加超声波功率至150W时，则细化牢呈现下降的趋势。 认为这可能是由丁超卢波的功率的增人．在金属熔体内产生了较多的热带，I仃仕仃些等轴技 品蕾熔，铸锭的传热速度下降而致：但是对丁A卜s1台金的细化卑．则继续增加的趋井。图 2为超声波功率对AI一10％Mn合金微观组纵的影响。 譬 I 强溻润葱阄 3超声波对铸铁的作用 在利坩超声波改善材科组织灯面．以往人们咒注较多的芷低熔点的轻金属，如Pbsn 台金、镁、锅和高熔点的钢种，取得了较多的研究成果{然而，由于铸铁熔点高、结品过程 复杂以及存在许多中问处理过程，对其应用超声波就显得有诸多不便之处，有关超卢波对敷 铸铁影响的研究更足稀少