超声外场对SiC_p/7085复合材料颗粒分布与硬度的影响

采用半固态机械搅拌与超声施振的方法制备SiC_p/7085复合材料,研究超声施振时间与超声功率对复合材料颗粒分布与布氏硬度的影响。研究结果表明:机械搅拌可实现Si C颗粒与基体的初步混合,但在搅拌过程中易形成颗粒团聚、气体夹杂等缺陷;超声施振后能够有效打散微观颗粒团聚,减少气孔夹杂等缺陷;在本实验条件下,最优超声作用时间为10 min,功率为1 k W;复合材料的布氏硬度变化规律与显微组织呈现一致性,在超声时长为10 min、功率为1 k W工况下,其硬度达到最大值131.7 N/mm2,较未施加超声时增加25.7%。     

施振功率与温度对工业纯铝凝固组织的影响

在工业纯铝的凝固过程中引入超声场,探讨了超声细化晶粒的机理,并具体研究了超声功率、导入声波的熔体温度区间对铸锭凝固组织的影响规律. 实验结果表明:铝熔体经超声处理后,凝固组织均得到显著细化,这主要取决于超声的空化效应和声流效应;超声功率增大时,组织细化程度提高,功率达到170W时细化效果最好,继续增大功率则细化作用减弱;施振温度区间对凝固组织的影响也有相似的规律,在合理的温度导入声波,晶粒能细化到最佳程度.     

溶体超声处理对7050铝合金铸锭微观偏析的影响

采用不施加超声、施加300、1 000 W功率超声三种工艺处理半连铸成形7050铝合金大扁锭,并对不同铸锭的第二相形貌、溶质元素含量变化进行了分析.结果表明:经超声处理的铸锭,非平衡共晶组织变得细小而分散;超声作用下Zn、Mg和Cu元素的成分曲线较常规铸锭平缓,1 000 W超声作用效果更加明显,其Zn、Mg和Cu的晶内相对溶质固溶度分别提高6.36%,19.44%和10.14%;超声处理增大了各溶质元素的有效分配系数k_e值,凝固初期的增幅为0.04~0.24;1 000 W超声作用使铸锭芯部及边部区域的微观偏析得到有效弱化,而芯部距离边部1/2处作用效果相对较差;由于超声加速了凝固前沿的冷却速度,使更多的溶质原子固溶到α-Al中,Zn、Mg和Cu元素在铸锭中的微观偏析得到了改善.      

超声预处理对ZL205A铝合金铸件凝固组织的影响

在液相线以上不同的温度对ZL205A铝合金熔体施加超声预处理后进行浇铸,研究在液相高温区段对ZL205A铝合金熔体施加超声预处理后对其铸件凝固组织的影响,探索超声预处理ZL205A铝合金熔体对其铸件凝固组织影响的作用机制。研究结果表明:超声波作用于ZL205A铝合金熔体高温液相区段能有效减少其铸件凝固组织的气孔,细化其铸件的凝固组织,且这种细化效果随着超声施振温度的提高而减弱。超声空化促进Al3Ti的形成和分布,提高形核率是超声预处理ZL205A铝合金熔体改善其铸件凝固组织的主要机制。     

铝合金超声波半连铸多场耦合的模拟与实验

针对铝合金超声波半连铸过程,建立了声场、流场和温度场耦合的数学模型.利用Fluent模拟得到了声场、流场和温度场分布.仿真结果显示,超声波的导入对宏观流场与温度场分布具有重要影响,在超声输出振幅一定的条件下,选择频率为20kHz的超声波处理铝熔体能够获得较为理想的流场与温度场,从而有效促进熔体的传热、传质与柱状晶向等轴晶的转变.通过测量实验铸锭的晶粒尺寸,发现经超声处理的铸锭凝固组织显著细化,长度与宽度方向的平均晶粒尺寸分别较未经超声处理的减小了133μm与32μm.文中还结合数值模拟结果分析了超声波对铝合金大铸锭的细晶机理.     

航空航天用高性能轻合金大型复杂结构件制造基础研究进展

轻合金是现代航空航天装备突破本体结构承载能力极限的首选材料,高性能轻合金大型整体结构件的制造能力决定了我国航空航天装备的功能水平与竞争力。制造技术水平的提升依赖于基础研究的重大突破,以中南大学领衔的973计划项目,对大规格高性能轻合金结构件的坯料铸造、锭坯锻造、蠕变成形、近净成形、固态焊接、铣削加工6大工艺中所涉及的3个关键科学问题开展了深入研究,取得了若干重要进展。本文就该项目研究的概况、研究进展、实施效果进行回顾与论述,并对后续研究提出展望。     

超声铸造7050铝合金的微观组织和宏观偏析规律

采用不同功率超声对铝熔体进行处理,研究超声场对7050铝合金凝固组织和宏观偏析的影响规律.结果表明:超声振动产生的空化效应和声流效应影响熔体的凝固过程,合理功率的超声能有效细化晶粒、优化组织及改善宏观溶质分布.当超声功率达到170 W时,铸锭径向宏观偏析的弱化效果最好,Zn、Mg和Cu的偏析指数分别为0.0593、0.0565和0.0319;超声功率超过170 W,溶质元素在中心区域富集量显著提高,宏观偏析程度增大.     

超声波对AlTiC细化剂的活化机理研究

采用AlTiC作为7050铝合金的细化剂,并在铸造中引入高频超声波,通过比较不同试样表面微观组织的晶粒尺寸以及试样中Ti和C元素的分布等特征,研究超声波对AlTiC细化剂细晶效果的影响及其作用机理.研究结果表明:施加高频超声波能够加速TiAl3相的溶解,提高TiC粒子团与铝溶液的润湿性;粗大晶粒的内部存在一个或多个Ti原子偏聚区;而细小晶粒中Ti原子的偏聚则集中在晶界上,其晶内保持着一个相对较低的质量分数;施加高频超声波能够抑制TiC粒子团间的融合,减小Ti原子偏聚区的面积以及质量分数,进而提高TiC粒子团的形核能力,使所得的金属凝固组织更为细小、均匀.     

超声对铝合金凝固传热与组织形成的影响与作用机制

分温度区间段对铝合金熔体实施超声波振动,研究不同阶段导入超声对熔体内部能量传递与铸锭组织的影响,并探索各个阶段相应的超声作用机制。研究结果表明:超声波作用于固液相区时产生的结晶体谐振效应促使其冷却速率大幅提高,并有效地细化凝固组织;在高于液相线温度区间,超声热效应使熔体的冷却速率略有降低,在液相中产生的超声空化效应能够扩大过冷区、提高形核率,取得显著的细晶效果,但这种细晶效果将随施振温度的提高而逐渐减弱。空化效应与谐振效应是在铝合金凝固过程不同阶段超声细晶的两个主导机制。     

超声施振深度和冷却方式对纯铝凝固组织的影响

在750℃对铝熔体施加功率为170 W的超声振动至其液相线温度,研究超声施振时工具杆的工作深度和熔体的不同冷却方式对铸锭凝固组织的影响,分析超声细化组织的机理.试验结果表明,经超声处理过的铝熔体凝固组织均得到不同程度的细化,超声的空化效应和声流效应对晶粒细化起主要作用.施振深度增加时,超声振动系统的机械品质因数降低,振动强度减小,输出振幅减小,超声细化效果减弱.超声细化晶粒存在一个最短必要时间,当冷却强度增大时,熔体凝固时间缩短,超声波的相对作用时间缩短,晶粒尺寸增大.