功率超聲-溶質(zhì)協(xié)同作用對(duì)鋁及其合金的組織影響研究.pdf

1、純鋁具有密度小、熔點(diǎn)低、塑性高、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、反射性高等特點(diǎn)，但強(qiáng)度和硬度低，不能用來制造承載的機(jī)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(diǎn)，鋁合金因其比強(qiáng)度高、耐腐蝕、易于回收等優(yōu)異性能，在機(jī)械方面、交通方面、航空與軍事等領(lǐng)域都有很大的應(yīng)用，在國防和人民生活中占據(jù)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(guān)鍵在于將原有的大型枝晶破碎，得到細(xì)小、均勻的等軸晶粒。利用超聲波在液體中傳

2、播時(shí)會(huì)產(chǎn)生空化、聲流、機(jī)械等特殊效應(yīng)，通過這些效應(yīng)可除氣、除渣、減少成分偏析，細(xì)化晶粒。因此研究功率超聲-溶質(zhì)元素協(xié)同處理對(duì)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(shí)際價(jià)值。
　　本文在超聲與未超聲條件下，添加七種溶質(zhì)元素（Cu、Mg、Si、Ti、Nb、Zr、V）到熔融的鋁液中，通過光學(xué)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(zhǎng)抑制因子Q時(shí)，超聲-溶質(zhì)對(duì)

3、鋁及其合金的組織影響規(guī)律與機(jī)制。取得了以下研究成果：
　　對(duì)于鋁合金鑄錠，超聲處理時(shí)，等軸晶區(qū)域出現(xiàn)在鑄錠內(nèi)部，且隨著溶質(zhì)元素的增加而增多，晶粒細(xì)化效果明顯；包晶溶質(zhì)元素（Ti、Nb、Zr、V）與共晶溶質(zhì)元素（Cu、Mg、Si）的添加相比，顯微組織的晶粒更均勻、細(xì)小。
　　超聲-溶質(zhì)協(xié)同作用時(shí)，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(yīng)和聲流效應(yīng)，加劇了金屬液的流動(dòng)，此時(shí)局部形成的氣泡發(fā)生破裂，產(chǎn)

4、生瞬時(shí)壓力，從而使合金的二次枝晶間距和第二相得到細(xì)化，部分區(qū)域的晶粒從樹枝晶轉(zhuǎn)變成等軸晶，且在一定范圍內(nèi)，隨著溶質(zhì)元素的增多，晶粒細(xì)化效果越明顯。
　　包晶溶質(zhì)元素的形核能力比共晶溶質(zhì)元素強(qiáng)。包晶溶質(zhì)元素含量低于最大溶解度Cm時(shí)，晶粒大小的細(xì)化機(jī)制與添加共晶溶質(zhì)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(guān)系；共晶溶質(zhì)元素含量大于最大溶解度Cm時(shí)，晶粒尺寸隨著合金成分的增多而變大，但包晶溶質(zhì)元素含量大于最大溶

5、解度Cm時(shí)，Q值不變，晶粒尺寸卻繼續(xù)減小，此時(shí)晶粒細(xì)化與Q值無關(guān)，晶粒尺寸不與1/Q成線性關(guān)系。作為試驗(yàn)的部分結(jié)果如下：超聲條件下，隨著包晶溶質(zhì)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(zhì)元素Zr(Cm=0.11%Zr)的含量為0.1wt.%時(shí)，晶粒尺寸為240μm；含量為0.2wt.%時(shí)，晶粒尺寸減小到125μm；含量為0.3wt.%時(shí)，晶粒尺寸繼續(xù)減小到116.5μm。
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