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细化凝固组织的理论和实践形变处理细化法 脉冲电流处理 物理方法 物理场细化 磁场处理 超声波处理细化凝固组织的方式 快速冷却法 机械物理细化发 化学方法 添加细化剂 添加变质剂大规格高性能铝材不能合格生产，高强铝合金综合性能太低严重制约了本国铝工业的发展，另一方面，国民经济及国防建设对铝材的需求却日益增大，解决问题的根本办法就是要突破技术瓶颈，努力提高铝合金的强度和韧性，成功制备满足应用要求的高性能铝坯。为了实现这一目标，人们探索了很多合金强韧化方法，如固溶强化、时效强化、过剩相强化、冷变形强化、组织细化强化[1-2]。其中，组织细化强化作为一种既不损坏金属材料的延性和韧性，又能极大程度提高合金强度的手段广泛应用于工业领域[1]。传统的晶粒细化工艺是在铝合金中添加细化剂，此法不可避免地产生合金污染，影响金属的重复使用性[3]。因此，开发绿色环保的组织细化工艺引起了世界 各国的纷纷重视，通过引入外场调控金属熔体的凝固过程，细化铸锭组织是当前国际研究的热点。1.利用超声波细化凝固组织的背景外加超声波起源于20世纪30年代，超声振动的高能量及其他的特殊效应，极大的提高了振动对凝固的作用效果，故超声振动逐步成为振动凝固研究的主要方向。1987年，Abramov用超声波处理碳钢细化了晶粒。1996年，Eskin用超声波处理高纯铝，处理后使晶粒度从3.1增大到37.5，拉伸强度从54Mpa提高到70MPa，硬度从HB17.2提高到HB19.7，同时延伸率也得到了改善。2007年，北京科技大学的陈琳等采用频率为20kHz，最大电功率为600W(可调)的超声波发生器，研究了纯铝在熔体直至凝固全过程进行超声处理对铸态组织和性能的影响。超声波的功率、温度和距离都对金属凝固组织产生影响。①功率：随着超声波功率增加，晶粒变细，但功率继续增加时晶粒并不明显减小，而是有一最佳值。②温度：随着温度的升高，组织细化效果显著，但当温度很高时，一方面因超声作用时间太长，由于声吸收，则会产生很明显的热效应，使凝固组织粗化；另一方面，由于温升，空化泡内的压力将增大，从而使空化强度减弱，使细化作用不明显。因此在熔点附近区域进行超声处理效果最好。③距离：即为超声波在金属溶液中的衰减，离超声波发射源进的位置组织细化最明显。2.实验过程将盛有铝块的石墨坩埚放入电阻丝加热炉进行熔炼，待铝块完全融化后，对铝熔体进行充分搅拌，并持加热同时添加铝打渣剂进行打渣净化铝熔体。当熔体温度下降到900℃时，用夹具将坩埚从电阻炉中移出，使其自然空冷至实验所需温度后，对熔体施以超声振动。在导入声波前，为避免施振时高温铝熔体粘附在冷工具杆上而导致超声振动系统严重过载失谐[6]，无法工作，应先接通超声电源，启动振动系统，对工具杆进行预热处理。超声波从铝熔体中心处顶部导入，主要考察静态连续和动态间歇施振两中工况下铸锭组织的细化规律。具体实验步骤如下：①首先不施加超声波，制备一个常规铸锭样品，以供对比。②静态连续施振：使工具杆浸入铝熔体25mm，超声波发生器工作频率为19kHz±0.5kHz，当熔体温度下降到750℃时导入超声波，在液相线660℃停止施振，移走振动系统。分别使用五个功率档位重复进行上述试验。③动态间歇施振：工作频率仍为19kHz±0.5kHz，施振深度为25mm，在750℃时， 功率分别采取依次从小到大和从大到小两种加载方式对铝熔体施以超声振动直至其液相线温度。同法，固定输出超声功率为170W，从750℃对铝熔体进行间接的超声振动处理，即向熔体每隔10℃导入超声波一定时间，每次试验的时间间隔分别取30，40，50s。采用温度间隔30℃，导入超声波时间为100，130，160s重复试验。将试验铸得的样品从中间施振处对称切开，取四分之一断面进行研磨、抛光，最后用强酸对断面进行浸蚀处理。样品冲洗拭干后，取施振处即超声作用最强烈的位置观察其凝固组织，同时对样品进行标记以便记录与分析。3.实验结果分析图1为超声空化，声流效应图。超声波在铝熔体中传播时，液体分子将受到交变的声压作用。首先负相声压抽拉液体形成空化泡或空穴，接着正相声压压缩气泡、气穴，使之以极高的速度闭合、崩溃。气泡崩溃时形成了很多微气泡，再次溶解于熔体中，并继续长大、崩溃，从而保证了整个空化过程持续进行。空化泡破灭蒸发时从其周围带走了大量的热量，因而使气泡附近的熔体产生瞬时过冷，且过冷度比正常结晶情况下大很多，结晶动力增大，这样就在铝熔体中形成了大量的晶核，显著提高形核率。同时气泡的崩溃能产生了高达104K和104MPa的高温、高压冲击波[5]，如此强烈的冲击波贯穿于铝熔体中势必引起巨大的能量起伏，使得近程有序的液体分子转为远程有序排列，开始自发形核[7]，二次提高形核率。再者，强烈的冲击波可以打断或熔断正在生长的晶体，有效抑