功率超聲-溶質協同作用對鋁及其合金的組織影響研究.pdf

1、純鋁具有密度小、熔點低、塑性高、導電導熱性好、反射性高等特點，但強度和硬度低，不能用來制造承載的機械零件。以它為基配置的多種系列的鋁合金都具有各自的特點，鋁合金因其比強度高、耐腐蝕、易于回收等優(yōu)異性能，在機械方面、交通方面、航空與軍事等領域都有很大的應用，在國防和人民生活中占據著重要的地位。由于鋁合金的晶粒大小和組織形態(tài)直接影響著鋁合金的性能，要想獲得優(yōu)良性能，關鍵在于將原有的大型枝晶破碎，得到細小、均勻的等軸晶粒。利用超聲波在液體中傳

2、播時會產生空化、聲流、機械等特殊效應，通過這些效應可除氣、除渣、減少成分偏析，細化晶粒。因此研究功率超聲-溶質元素協同處理對鋁及其合金的顯微組織影響具有極其重要的理論意義和實際價值。
　　本文在超聲與未超聲條件下，添加七種溶質元素（Cu、Mg、Si、Ti、Nb、Zr、V）到熔融的鋁液中，通過光學顯微鏡（OM）觀察、掃描電子顯微鏡（SEM），能譜分析（EDS），X射線衍射（XRD）等分析手段，研究了不同生長抑制因子Q時，超聲-溶質對

3、鋁及其合金的組織影響規(guī)律與機制。取得了以下研究成果：
　　對于鋁合金鑄錠，超聲處理時，等軸晶區(qū)域出現在鑄錠內部，且隨著溶質元素的增加而增多，晶粒細化效果明顯；包晶溶質元素（Ti、Nb、Zr、V）與共晶溶質元素（Cu、Mg、Si）的添加相比，顯微組織的晶粒更均勻、細小。
　　超聲-溶質協同作用時，超聲處理只改變第二相的形貌，并未改變第二相的種類。由于超聲波的空化效應和聲流效應，加劇了金屬液的流動，此時局部形成的氣泡發(fā)生破裂，產

4、生瞬時壓力，從而使合金的二次枝晶間距和第二相得到細化，部分區(qū)域的晶粒從樹枝晶轉變成等軸晶，且在一定范圍內，隨著溶質元素的增多，晶粒細化效果越明顯。
　　包晶溶質元素的形核能力比共晶溶質元素強。包晶溶質元素含量低于最大溶解度Cm時，晶粒大小的細化機制與添加共晶溶質是同理的，晶粒尺寸隨著合金成分的增加而減小，且近似地與1/Q成線性關系；共晶溶質元素含量大于最大溶解度Cm時，晶粒尺寸隨著合金成分的增多而變大，但包晶溶質元素含量大于最大溶

5、解度Cm時，Q值不變，晶粒尺寸卻繼續(xù)減小，此時晶粒細化與Q值無關，晶粒尺寸不與1/Q成線性關系。作為試驗的部分結果如下：超聲條件下，隨著包晶溶質元素Ti(Cm=0.15％Ti)的含量逐漸增加，晶粒尺寸大約從260μm減到75μm。包晶溶質元素Zr(Cm=0.11%Zr)的含量為0.1wt.%時，晶粒尺寸為240μm；含量為0.2wt.%時，晶粒尺寸減小到125μm；含量為0.3wt.%時，晶粒尺寸繼續(xù)減小到116.5μm。
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