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超声场对液体中夹杂物运动行为的研究

石婷  
【摘要】: 铝作为用量仅次于钢铁的第二大金属材料,随着各行业对金属制品需求量的不断增加,对其生产质量提出了更高的要求。而铝合金生产中存在易吸气氧化,铸坯凝固组织粗大,合金元素偏析等问题,严重阻碍了铝工业的发展。目前超声场等外场在冶金和金属加工领域得到研究和应用,这为制备洁净、高性能铝合金提供了良好的基础和契机。 本文以去除铝合金熔体中气体和夹杂物,同时细化凝固组织为目的,进行了超声场作用下液体中气体、夹杂物运动行为以及凝固行为的研究。以A356合金作为实验材料,通过真空减压试验考察超声场对金属气体去除效果的影响,研究超声场对铝合金凝固组织的影响。以乙醇水溶液中的高密度聚乙烯作为铝熔体中氧化铝的模拟物,研究超声场作用下夹杂物的运动行为,根据夹杂物的运动规律制备了成分和性能梯度分布的铝硅合金。 通过试验可以得出以下结论: 1.超声场可以有效的去除液态金属中的气体。随着超声作用时间的延长,铝合金铸锭内的气体含量明显减少,致密度大幅提高,当超声作用时间达到120s时,A356合金熔体内基本不产生针孔等缺陷,随着超声作用时间的进一步增加,铝熔体中气体含量变化不明显。 2.功率超声可以有效的去除金属熔体中的夹杂物颗粒,随着粒径的减小,功率超声对夹杂物的去除率有一定下降,但是作用60s左右就可以使去除率达到80%左右。 3.在试验过程中采用了不同材料的工具头,发现石墨保护套工具头会增加液体中的夹杂物,而钽工具头去除效率与不锈钢工具头相差不大,且不发生腐蚀,可以做进一步试验研究。钽工具头在高温作用后超声阻抗增加了7.2倍,使超声的传导被阻碍。能量在钽工具头部分堆积,使钽的内部产生裂纹,导致超声设备无法传导超声。 4.空化效应和声流效应是金属熔体中气体和夹杂物去除及凝固组织细化的主要原因。


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