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3003铝合金超声连续铸轧工业实验及机理研究

夏晨希  
【摘要】:从二十世纪二十年代超声制备材料的先驱性实验至今,人们对超声制备材料的研究兴趣一直有增无减。超声波在金属熔体中传播能产生多种积极效应,这一现象一直受到人们的极大关注,并取得了初步的研究成果,在实际生产中也有所应用。本文首创在3003铝合金连续铸轧过程中于前箱施加超声振动,分析3003连续铸轧板坯的凝固特性、显微组织、中心层成分偏析和力学性能来探索前箱施加超声处理对铝合金连续铸轧的作用机制。 论文的主要研究内容有以下几个方面: (1)本文首先讲述超声制备材料在国内外的发展史和发展状况,超声波在介质中传播时产生的各种效应,超声空化产生的原因以及空化效应对熔体的影响,超声对金属形核和晶核长大的影响。 (2)在实验室用坩埚来模拟前箱,在一定的超声参数条件下,于坩埚电阻炉中对坩埚中熔融的3003铝合金进行等温施振,施振温度为695℃±5℃,施振3分钟后自然冷却。在同等条件下进行未施加超声的实验。然后对两种工况下的凝固组织取样,进行显微组织和力学性能方面的对比。实验结果表明施加了超声的组织晶粒细化程度和力学性能优于未施加超声的组织。这就说明了在3003铝合金连续铸轧中于前箱中施加超声具有价值可行性。用数字显示温度计记录下3003的冷却曲线,继而得到其冷却速率曲线、凝固开始点、凝固持续时间、平衡结晶温度、过冷时的最低温度以及再辉时间,实验数据表明等温施加了超声的工况冷却速率加快,过冷度降低,温度梯度减小,温度场更加均匀。 (3)在实际生产情况下,在3003铝合金连续铸轧过程中于前箱中施加超声,分四种工况进行。第一种为添加Al-Ti-B细化剂速度300mm/min,不施加超声;第二种为添加Al-Ti-B细化剂速度150mm/min,施加超声功率为500W;第三种为不添加Al-Ti-B细化剂,施加超声功率为1000W;第四种为不添加Al-Ti-B细化剂,不施加超声。对比分析四种工况下铝合金带坯的晶粒大小、形状和分布,扫描电镜下组织的微观形貌,带坯的综合力学性能,以及带坯中心层的成分偏析。实验结果表明第三种工况下获得的3003铝合金板坯晶粒的细化程度最好,形状最为规则,分布也最为均匀;其微观化合物颗粒也有相同的结果;综合力学性能也比其它工况更加优良;带坯中心层的显微偏析程度也比其它工况要小。 (4)本文从理论上分析了超声波处理对3003铝熔体凝固过程中形核和凝固动力学过程的影响。还从理论上分析了在3003连续铸轧过程中前箱等温施加超声对带坯中心层显微偏析的影响。分析结果得出,超声波的空化效应和声流效应能提高铝熔体的形核率,减轻带坯中心层的显微偏析程度。


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