超声场中浇注温度对7050铝合金半连铸热裂纹的影响

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1、超声场中浇注温度对7050铝合金半连铸热裂纹的影响张立华，李齐文(中南大学机电工程学院现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室湖南长沙410083)摘要：7050铝合金圆锭半连铸过程极易出现热裂现象。本文在试验基础上，结合RGD热裂判据分析浇注温度对热裂纹的影响机理，并讨论了超声外场对热裂的影响机理。实验证明，7050铝合金半连铸过程在超声场的作用下，适当提高浇注温度，可以减小热裂纹的产生。RGD判据一定程度上可以解释浇注温度与热裂纹的关系。关键词：热裂；7050铝合金；半连续铸造；RGD热裂判据；浇注温度中图分类号：TG249.9,TB559文献标识码：AEffectsofCa

2、stingTemperatureofTheDCCastingonHotTearingof7050AluminuminUltrasonicVibrationZhangLi-hua,LiQi-wen(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha,410083，Hunan,China)Abstract:Thedirectchillcastingof7050aluminumalloyappearshottearingeasily.themechanicsofcastingtempera

3、tureaffectinghottearingisinvestigatedaccordingtothebasisofexperimentsandtheRGDcriteriaintheconditionofultrasonicvibration,andtheeffectofultrasonicvibrationonhottearingisalsodiscussed.Itisfoundthatthetendencyofhottearingcanbedecreasedbyraisingthecastingtemperatureintheconditionofultrasonicvibra

4、tion.TherelationbetweencastingtemperatureandhottearingcanbeexplainedbyRGDcriteria.KeyWords:hottearing;7050aluminumalloy;DCcasting;RGDcriteria;castingtemperature1引言7050属于高合金化铝合金，是目前航空制造业广泛采用的一种轻型结构材料，随着现代航空航天的高速发展，世界各国极为重视对高合金化铝材制备方法的研究。铝材的制备都大多经过坯料铸造的过程，直冷铸造(DirectChill)[1-6]是当前最普遍的生产铝合金铸锭的半连续

5、铸造方法。高强铝合金铸造的难点是：由于空间尺度效应和铸造环境的非均匀特征，使得凝固区域的温度场与熔体流场分布不均，导致大型铸锭内部应力超限，凝固组织成份在空间分布严重不匀，对于高合金化的铝合金铸锭制造其情形更加严重。发展先进的熔炼铸造技术获得均质、细晶、无裂纹大规格优质铸锭是大规格高性能构件成形的前提条件。铸造过程中，通过超声外场的调控实现均质细晶，抑制裂纹的萌生和扩展一直是国内外学者所关注的问题。国外很多学者尝试采用各种不同的数学模型来预测裂纹的产生[7]，目前在预测热裂纹上最成功的是M.Rappaz等人于1999年提出的基于凝固补缩的RGD(该理论由M.RAPPAZ，J.M-D

6、REZET和M.GREMAUD三位专家的名字命名)热裂判据[8]。在工业生产中，用半连铸技术生产的大规格7050高性能铝合金铸锭最容易产生的是中心热裂纹，半连铸过程中多个工艺参数会对铸锭的热裂纹产生影响，其中浇注温度是中心热裂纹产生的一个重要影响因素，并且目前很少有人对其进行研究。本文主要在对比试验的基础上，运用凝固补缩理论分析半连续铸造过程中7050铝合金铸锭中心热裂纹产生的机制，并尝试从补缩理论的角度说明超声在抑制和消除热裂纹中所起的作用。2试验2.1试验方案将高纯铝熔化后按一定比例逐一添加中间合金，配置成7050铝合金。试验采用功率240W（可调）、频率20kHZ的超声波发生

7、器。压电陶瓷（PZT）换能器，阶梯形变幅杆，钛合金工具杆，工作端面直径为φ50mm。铸锭的规格为φ300mm，设置铸造长度为2000mm。热电偶置于距结晶器边部75mm处，测试熔体温度的变化。设置结晶器内的熔体初始深度为150mm，超声处理方式采用顶部导入法，超声波变幅杆插入熔体深度为20mm，通过恒流量热法标定本次试验超声波施振的实际输出功率为240W，试验装置示意图见图1。一共做3次试验，3次试验的浇注温度依次为为800℃，760℃和740℃，3次试验中除了改变浇