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1、功率超聲對(duì)金屬凝固組織的影響摘要超聲處理是改善金屬凝固組織、提高金屬力學(xué)性能的有效方法。但至今人們對(duì)超聲波凝固細(xì)晶的規(guī)律和條件尚不清楚。因此有必要在該領(lǐng)域內(nèi)展開(kāi)深入研究，研制在冶金工業(yè)上應(yīng)用的功率超聲發(fā)生器，對(duì)超聲細(xì)化金屬凝固組織的作用機(jī)理及工藝參數(shù)進(jìn)行探討，使超聲細(xì)化能早日在冶金和金屬材料工業(yè)上應(yīng)用。本文首先在現(xiàn)有的超聲波浸錫機(jī)的基礎(chǔ)上選擇合適的超聲頻率參數(shù)，換能器形式以及變幅桿的材料和尺寸，將超聲發(fā)生器改造成冶金專用的功率超聲發(fā)生器。調(diào)試好后對(duì)聲功率進(jìn)行了測(cè)定，計(jì)算出換能器的平均效率和熔體中的聲強(qiáng)
2、。然后用此設(shè)備研究了功率超聲對(duì)錫銻合金、軸承合金(錫銻銅合金)、鎂合金(ZM5)和鑄鐵(HTl50)凝固組織的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：在錫銻合金的凝固過(guò)程中導(dǎo)入功率超聲。不僅顯著細(xì)化了a相和B相晶粒組織，同時(shí)使具有立方晶體特征的B相組織有明顯的球化趨勢(shì)，并消除了比重偏析。功率超聲能夠顯著細(xì)化軸承合金(錫銻銅合金)組織，提高其力學(xué)性能。功率超聲處理鎂合金(ZM5)，得到了均勻細(xì)小的等軸晶，超聲處理后的凝固組織明顯細(xì)于經(jīng)過(guò)CaCO。變質(zhì)處理得到組織。功率超聲能夠明顯細(xì)化過(guò)共晶灰鑄鐵(HTl50)的凝固組織，使
3、石墨由粗大塊狀或長(zhǎng)片狀變成極細(xì)小片狀和粒狀，石墨分布更加均勻，而且尖角變鈍，甚至呈近似球形。超聲功率大小和超聲場(chǎng)下熔體溫度對(duì)金屬的凝固組織細(xì)化有重要作用。在不同的超聲功率作用下，合金的凝固組織會(huì)發(fā)生明顯改變，但當(dāng)功率達(dá)到一定程度，細(xì)化作用衰減。而熔體溫度過(guò)高和過(guò)低都會(huì)影響超聲波對(duì)凝固組織的細(xì)化作用。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，從金屬結(jié)晶過(guò)程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度初步探討了功率超聲的細(xì)化機(jī)理。提出了當(dāng)功率超聲導(dǎo)入金屬熔體后，將改變凝固條件，對(duì)凝固過(guò)程的諸多方面產(chǎn)生影響，其中最主要的影響表現(xiàn)在擊碎初晶和己長(zhǎng)大的枝晶，使之
4、成破碎的晶體質(zhì)點(diǎn)，在聲流的攪拌下，又使其彌散地分布于熔池熔體中，相當(dāng)于增加了外來(lái)核心，因而使晶粒細(xì)化。并且初步分析、探索了超聲波改變溫度梯度和溶質(zhì)濃度梯度對(duì)固液界面穩(wěn)定性的影響機(jī)理。關(guān)鍵字：功率超聲，凝固，細(xì)化，錫銻合金，鎂合金，鑄鐵，機(jī)理EfkctofPowerUltrasoniconSolidificationStructureofMetalAbstractPowerultrasonictreatmentisaneffectivewaytoimprovesolidificationstructur
5、eandmechanicalpropertiesDfmetals．Butthemechanismofgrainfiningwithultrasonicinsolidificationprocesswasnotveryclear．Thereforeitneedsurgentlytocarryoutadeep-goinginvestigationintheregion，whichincludesdevelopingthepowerultrasonicgeneratorusinginthemetallurg
6、icalindustry,anddiscussingthemechanismsofgrainfiningwithultrasonicandthetechnologicalparameters，inordertomakegrainfiningwithultrasonicapplythemetallurgicalandmetalmaterialindustryearlyaspossibleasTheexistingultrasonicgeneratorwasfirstlytransformedtothep
7、owerultrasonicgeneratorbychoosingtheappropriateultrasonicfrequency,theshapeoftransducer,andthemateriaIandsizeofAmplitudeTransformerHorn，Afteradjusting，soundpowerwasmeasured．a(chǎn)ndemciencyoftransducerandsoundintensityinmeltswascalculated．Thenthee舵ctofpoweru
8、ltrasoniconsolidificationstruetureofmetal(includingSn-SbAlloy,beatingalloy,magnesiumalloy,graycastiron)wasstudied．TheresultsshowthattheapplicationofpowerultrasonicduringsolidificationprocessofSn-Sballoynotonlycangreatlyfinesolidi
