功率超声对金属凝固组织的影响

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1、功率超声对金属凝固组织的影响摘要超声处理是改善金属凝固组织、提高金属力学性能的有效方法。但至今人们对超声波凝固细晶的规律和条件尚不清楚。因此有必要在该领域内展开深入研究，研制在冶金工业上应用的功率超声发生器，对超声细化金属凝固组织的作用机理及工艺参数进行探讨，使超声细化能早日在冶金和金属材料工业上应用。本文首先在现有的超声波浸锡机的基础上选择合适的超声频率参数，换能器形式以及变幅杆的材料和尺寸，将超声发生器改造成冶金专用的功率超声发生器。调试好后对声功率进行了测定，计算出换能器的平均效率和熔体中的声强

2、。然后用此设备研究了功率超声对锡锑合金、轴承合金(锡锑铜合金)、镁合金(ZM5)和铸铁(HTl50)凝固组织的影响。试验结果表明：在锡锑合金的凝固过程中导入功率超声。不仅显著细化了a相和B相晶粒组织，同时使具有立方晶体特征的B相组织有明显的球化趋势，并消除了比重偏析。功率超声能够显著细化轴承合金(锡锑铜合金)组织，提高其力学性能。功率超声处理镁合金(ZM5)，得到了均匀细小的等轴晶，超声处理后的凝固组织明显细于经过CaCO。变质处理得到组织。功率超声能够明显细化过共晶灰铸铁(HTl50)的凝固组织，使

3、石墨由粗大块状或长片状变成极细小片状和粒状，石墨分布更加均匀，而且尖角变钝，甚至呈近似球形。超声功率大小和超声场下熔体温度对金属的凝固组织细化有重要作用。在不同的超声功率作用下，合金的凝固组织会发生明显改变，但当功率达到一定程度，细化作用衰减。而熔体温度过高和过低都会影响超声波对凝固组织的细化作用。根据试验结果，从金属结晶过程的热力学和动力学角度初步探讨了功率超声的细化机理。提出了当功率超声导入金属熔体后，将改变凝固条件，对凝固过程的诸多方面产生影响，其中最主要的影响表现在击碎初晶和己长大的枝晶，使之

4、成破碎的晶体质点，在声流的搅拌下，又使其弥散地分布于熔池熔体中，相当于增加了外来核心，因而使晶粒细化。并且初步分析、探索了超声波改变温度梯度和溶质浓度梯度对固液界面稳定性的影响机理。关键字：功率超声，凝固，细化，锡锑合金，镁合金，铸铁，机理EfkctofPowerUltrasoniconSolidificationStructureofMetalAbstractPowerultrasonictreatmentisaneffectivewaytoimprovesolidificationstructur

5、eandmechanicalpropertiesDfmetals．Butthemechanismofgrainfiningwithultrasonicinsolidificationprocesswasnotveryclear．Thereforeitneedsurgentlytocarryoutadeep-goinginvestigationintheregion，whichincludesdevelopingthepowerultrasonicgeneratorusinginthemetallurg

6、icalindustry,anddiscussingthemechanismsofgrainfiningwithultrasonicandthetechnologicalparameters，inordertomakegrainfiningwithultrasonicapplythemetallurgicalandmetalmaterialindustryearlyaspossibleasTheexistingultrasonicgeneratorwasfirstlytransformedtothep

7、owerultrasonicgeneratorbychoosingtheappropriateultrasonicfrequency,theshapeoftransducer,andthemateriaIandsizeofAmplitudeTransformerHorn，Afteradjusting，soundpowerwasmeasured．andemciencyoftransducerandsoundintensityinmeltswascalculated．Thenthee舵ctofpoweru

8、ltrasoniconsolidificationstruetureofmetal(includingSn-SbAlloy,beatingalloy,magnesiumalloy,graycastiron)wasstudied．TheresultsshowthattheapplicationofpowerultrasonicduringsolidificationprocessofSn-Sballoynotonlycangreatlyfinesolidi