物理场对3003/4004复合铸锭凝固组织的影响

采用电磁搅拌、功率超声、超声电磁复合场等不同物理场制备3003/4004铝合金复合铸锭。结果表明,在电磁搅拌作用下,界面附近4004合金一侧α(Al)组织从未施加外场的树枝状转变为花瓣状。在功率超声作用下,4004合金中α(Al)及共晶硅组织都得到了良好的细化。在超声和电磁场联合作用下,界面处4004合金中的α(Al)组织同样得到细化,并且界面处的共晶硅组织较单独超声铸锭的更细小,其形貌从未施加外场时的粗大板条状及施加超声后的细针状转变为细小短棒状。     

功率超声对铝熔体作用机理研究

研究了在一定超声参数条件下,功率超声对高温铝熔体凝固过程的影响.通过与常规铝锭粗大的柱状晶对比,在高温铝熔体中加入功率超声,能使铝锭晶粒细化,组织分布均匀,铝锭微观晶粒组织表现为细小的等轴晶.着重论述了空化效应及其产生的高温高压理论,从而讨论了局部高温高压在铝熔体凝固过程中引发的各种效应和动力学问题,并从空化效应、声流效应和力学效应等方面,探讨了功率超声对高温铝熔体凝固过程中的作用机理.通过对铝锭组织结果分析总结出,功率超声对高温铝熔体凝固过程是多种效应综合作用的结果,这为功率超声有效应用于铸造提供一定的理论基础.     

铸锭底部强制冷却的超声波除气效果

研究了铸锭底部强制冷却情况下，超声波对金属铸锭的除气效果，同时也考察了铸锭底部强制冷却对超声波处理的铸锭组织细化的影响，分析了超声波除气效果的原因。研究结果表明。采用超声波振动处理与铸锭底部强制冷却相结合的方法，可显著地降低铸锭内的含气量；随着超声处理时间的增加，铸锭的细化率急剧增加。     

超声波熔体处理方法对纯铝铸锭凝固组织的影响

研究了超声波熔体处理方法对纯铝铸锭凝固组织的影响，分析了没有添加除气剂不进行超声波处理、只添加除气剂不进行超声波处理、既添加除气剂又进行超声波处理的情况，以及超声波对纯铝凝固组织影响的原因。研究结果表明，采用合适的超声波振动处理时间，可以提高铸锭晶粒的细化率。     

超声波开始导入时的熔体温度对Al-Cu合金铸锭组织的影响

研究超声波开始导入时的熔体温度(即熔体过热度)对铝铜合金铸锭组织的影响,分析超声波处理条件下,熔体过热度对铝铜合金铸锭细化率的影响因素.结果表明,随着开始导入时熔体过热度的增加,铸锭的细化效果大幅度地降低.     

Ti60合金VAR熔炼过程熔体流动与宏观偏析的数值模拟研究

真空自耗电弧熔炼 (Vacuum arc Remelting,VAR) 是生产钛合金铸锭最常用的方式之一,但由于其熔炼过程温度高且不透明,通过实验研究其熔炼过程中流体流动行为和宏观偏析存在困难。基于此,本工作以Ti60高温钛合金为例,通过数值模拟方法对VAR熔炼过程展开研究,同时探讨了熔炼电流和磁场搅拌强度对流体流动行为和宏观偏析的影响。结果表明,VAR熔炼钛合金时,熔池形状由“扁平状”逐渐向“V形”转变;凝固结束后铸锭锭底和边部Zr元素含量低,中心和冒口含量高。熔炼电流产生的洛伦兹力使熔体沿逆时针流动,且熔炼电流越大,熔体流动更剧烈;同时也导致铸锭中心和冒口处出现更为严重的宏观偏析。搅拌磁场产生的洛伦兹力作用于整个熔池,不仅促进了熔池上部熔体的流动,也有利于熔池下部熔体的流动;当无搅拌磁场和搅拌磁场较大时,都会导致Zr元素在铸锭中产生较为严重的宏观偏析。为有效控制VAR熔炼钛合金时宏观偏析缺陷的产生,应采取小熔炼电流和合适的搅拌强度。     

Effect of temperature conditions on grain refinement of Mg–Al alloy under ultrasonic field

The effects of temperature conditions on the grain refinement of a Mg–Al alloy by ultrasonic treatment were investigated. It was found the grain refinement strongly depended on the temperature. When the ultrasonic treatment was performed above the liquidus temperature, the better grain refinement was achieved in the ingot treated at 700 °C rather than at lower temperature. While for the cases of the ultrasonic treatment being ended below the liquidus temperature, the better refinement can be achieved at lower ending temperature. The undendritic structrue of UST ingots is obviously different with the dendritic structure of UMT ingots. The ultrasonic cavitation improves the nucleation temperature, resulting in greater undercooling to benefit the nucleation. The acoustic streaming accelerates the release of latent heat of solidification and shorten the time for grain growth. Both of the two factors contribute to achieve the grain refinement.     

超声波振动处理时间对铸锭组织的影响

研究各种超声波振动处理时间下, 超声波振动对铝合金铸锭组织的影响, 分析超声波对铝合金铸锭细化率的影响因素, 并且对超声波振动处理时期的铸锭内部温度分布进行比较.     

浇注温度对超声波细化铸锭组织的影响

研究了各种浇注温度下，超声波对铝合金铸锭组织的影响，分析了超声波对铝合金铸锭细化率的影响因素，并且对冷却曲线进行了比较。     

超声场作用下Mg-3Ca合金除气及细化的工艺研究

对Mg-3Ca合金熔体进行超声处理来研究超声功率、施振时间和施振温度对合金除气及凝固组织的影响。结果表明,采用超声波处理技术,可以有效去除Mg-3Ca合金熔体中的气体,从而提高铸锭的致密度。超声除气效果与施振功率、处理时间及处理温度密切相关。当施振功率过小、处理时间过短或过长及处理温度过高或过低均不会有良好的除气效果。熔体处理温度为:700℃,超声功率为150W,处理时间为120s时除气效果最好,除气率可达53.8%。另外,超声波在去除熔体中气体的同时,也使得铸锭的凝固组织变得细小、均匀。粗大的树枝晶不利于气泡的上浮和熔体补缩;而均匀、细小的等轴晶则有利于这一点。     

超声及电磁场对铝合金熔体影响的数值模拟及试验研究

针对铝合金熔体的超声及电磁搅拌处理过程,创建了超声场、电磁场、流场和温度场的数学模型,并采用COMSOL Multiphysics软件求解模型,得到了超声场、电磁场和超声/电磁复合场对铝合金熔体内流场和温度场的分布规律,并通过试验对模拟结果进行了验证。结果表明,增加超声功率使得声压幅值和流场的流动速率均随之增加,同时会使熔体的温度梯度逐渐减小;施加电磁场后产生的电磁搅拌改变了熔体的流动方向且使熔体的流动速率显著增大,这对熔体的温度分布产生了较大影响;在超声和电磁复合场下,电磁场比超声场对熔体流场和温度场的影响更大,且占主导地位。数值模拟结果和试验结果符合较好。     

功率超声对纯铝凝固组织的影响

对1.5 kg的纯铝熔体进行了功率超声辅助凝固试验,研究了功率超声对不同纯度纯铝凝固组织的影响,并比较了机械搅拌与功率超声的细化效果。结果表明,功率超声可以有效细化w(Al)=99.7%工业纯铝以及w(Al)=99.992%高纯铝的凝固组织。功率超声与机械搅拌相比,所获得的凝固组织更均匀且不易产生铸造缺陷。基于结晶游离理论讨论了功率超声的细化机制。功率超声的空化作用促进了超声耦合头附近液面的异质形核,声流作用则促进了晶粒的游离和沉淀。此二者的综合效应是等轴晶区形成的主要原因。     

超声振动对半固态AZ61镁合金微观组织的影响研究

利用自行设计和研制的一套超声振动装置,试验研究超声导入温度、超声输出功率和超声处理时间对半固态AZ61镁合金微观组织的影响。试验结果表明,在半固态区间,只有将AZ61镁合金熔体控制在合适的温度时,才能获得细小、均匀的半固态球状组织;当超声振动时间为60 s时,对半固态AZ61镁合金超声处理的效果最好;随着超声振动功率的增加,熔体中的颗粒直径呈不断下降的趋势,晶粒尺寸得到的明显细化,形状趋于圆整。     

外浇包熔体温度对7075/6009铝合金铸锭组织和硬度分布的影响

采用双流浇注连续铸造技术制备了7075/6009铝合金铸件,重点研究了外浇包熔体温度对该复合材料铸锭的组织及铸锭横截面上成分和硬度分布的影响.结果表明:在其他工艺参数一定的情况下,外浇包熔体温度从720℃上升到760℃时,铸锭外层合金的平均厚度减少了14.3%,铸锭内层合金的平均二次枝晶间距由约15μm增加到20μm,铸锭外层合金的平均二次枝晶间距由约80μm增大到100μm,铸件内层合金和外层合金的硬度分别降低了8.5%和9.3%.     

高温合金母合金锭的真空电磁铸造技术研究

为了提高高温合金母合金锭的内在质量，提出了在高温合金真空熔铸的凝固过程，施加电磁搅拌的真空电磁铸造技术。使用电子探针和光学显微镜研究了在真空熔铸的凝固过程，施加电磁搅拌对高温合金母合金锭内在质量的影响。结果表明：在高温合金真空熔铸的凝固过程中，合理施加50Hz，60A的电磁搅拌，细化和增加了高温合金母合金锭的等轴晶组织，减少了中心缩孔缩松的大小和分布，大幅减轻了枝晶偏析的程度，从而使高温合金母合金锭的内在质量得到明显的改善。     

熔体超声波处理对Al-5%Si铸锭凝固组织的影响

为了研究超声波对金属熔体凝固过程中的影响,使用Al-5%Si合金进行了实验.在实验中采用几种不同的方法处理金属熔体:不添加除气剂、只添加除气剂、既添加除气剂又进行超声波处理.利用克劳修斯-克拉柏龙方程分析了超声波细化金属铸锭凝固组织的机理.结果表明,除气剂的添加与否对Al-5%Si合金铸锭组织的细化没有影响,铸锭由粗大的柱状晶组织构成;采用合适的超声波处理时间,Al-5%Si合金铸锭的等轴晶获得率大幅度提高,可使整个铸锭组织变为细化的等轴晶组织;超声波振动时间过长将导致铸锭内气孔的增加;根据克劳修斯-克拉柏龙方程,某一强度的超声波引起的压力冲击波作用,导致液相转变为固相,引起了超声波的细晶作用.     

高功率超声外场下7050合金中的显微疏松

通过对超声波发生器的优化,研究了高功率超声波对7050铝合金铸锭中显微疏松形成的影响.试验结果表明,高功率超声处理的铸锭的组织更加致密,声流效应更加显著.在试验所用超声功率范围内,超声功率为2600W时除气效率最高,抑制显微疏松形成的效果最佳,铸锭中横截面处显微疏松百分比减少了30.4%-56.3%,中心显微疏松的百分比也减小了31.1%-53.3%,这表明高功率超声振动能极大降低显微疏松的形成.     

超声场对AZ80镁合金熔体净化的影响

采用施加超声场来实现AZ80镁合金熔体净化,研究不同功率、不同处理时间及不同静置时间对AZ80镁合金净化的影响。结果表明:超声处理镁合金熔体可以加速熔体中夹杂物的分离,实现熔体的净化。当镁合金熔体在650℃经超声功率80W,处理时间60s及静置时间100s时熔体净化效果最好。铸锭中夹杂物越多电导率越小,电导率可以表征铸锭的净化程度。     

采用数值模拟方法分析影响VAR熔炼钛合金铸锭表面质量的因素

采用数值模拟方法分析影响铸锭表面质量的因素,借此达到提高铸锭成品率的目的。通过Melt Flow软件对VAR熔炼过程的温度场进行分析,将高温液相与坩埚接触长度与表面质量建立联系。分析得出,从工艺角度考虑,熔炼电流、稳弧电流以及稳弧周期这3个因素对铸锭表面质量有影响,结合实验验证表明,采用较大的熔炼电流、大稳弧电流以及短稳弧周期有利于铸锭表面质量提高,提高成品率。     

低频电磁场对半连续铸造Al-Mg-Si-Cu合金显微组织的影响

采用低频电磁场半连续铸造工艺制备Al-Mg-Si-Cu铝合金铸锭,研究了低频电磁场对Al-Mg-Si-Cu铝合金铸锭组织的影响。结果表明,施加低频电磁场可以细化Al-Mg-Si-Cu铝合金铸锭的晶粒组织,减轻晶内元素的偏析程度。与常规半连续铸造相比,施加频率为20 Hz、电流为120 A的交变电磁场后,铸锭中的等轴晶组织增多,枝晶状组织减少,晶粒尺寸变得更加细小,铸锭边部和中心平均晶粒尺寸由常规半连续铸造的170和259μm分别降至133和187μm,同时有利于提高溶质元素在晶内的分布,很大程度上减轻了溶质元素的偏析。此外,低频电磁场的电磁振荡使得液穴内部温度场和流动场更趋均匀,溶质元素分配系数增大,结晶区间变小,抑制了树枝晶的生长,促进了Al-Mg-Si-Cu合金半连续铸锭中非枝晶组织的形成和溶质元素的强制固溶,并且抑制了溶质元素的偏析。