超声波处理高温钢液的工具头材质研究

D01:10.13374j.isml00103x.2007.2.B0 第29卷第12期 北京科技大学学报 Vol.29 No.12 2007年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2007 超声波处理高温钢液的工具头材质研究 李杰D陈伟庆1)何北星2) 刘青D 1)北京科技大学治金与生态工程学院。北京10032)中国科学院声学研究所，北京100080 摘要研究了刚玉棒、钨合金棒、外涂ZO2金属钼棒和M一A1203一ZO2金属陶瓷管在钢液中的熔蚀和抗超声波振动的情 况.结果表明：刚玉棒可以承受高温钢液的熔蚀。但在超声振动作用下产生断裂：钨合金棒可以承受强烈的超声振动，但在处 理钢液时较短时间内发生了端部熔融：外涂氧化锆的金属钼棒在短时间内(1~2)可以承受高温钢液的熔蚀。但不能承受 强烈的超声振动：金属陶瓷管既可以承受较强的超声振动(250W),又能够抵抗高温钢液的熔蚀。可以作为超声波处理钢液的 工具头， 关键词金属凝固：钢液：工具头：超声振动：熔蚀 分类号TF769.9 高能超声具有特殊的声学效应.对金属熔体施 1.2设备 加超声处理，可以使其凝固组织由粗大树枝晶变为 实验设备包括超声波发生器(ultrasonic genera 均匀细小的等轴晶7.有效地将超声振动导入金 tor),换能器(transducer),变幅杆(amplitude trans 属液中是对金属液进行超声处理的前提，其关键是 former horn)和工具头(pobe).超声波发生器由中 超声工具头材质的选择 国科学院声学研究所制作，功率为0~300W可调， Dobatkin曾用过Crl8Ni9Ti不锈钢工具头对铝 频率为0~100kHz可调（要与换能器匹配），在此次 合金进行超声处理，结果只能处理1~2mi: 实验中的超声波频率为20kHz. Abramov研制出了水冷工具头，只能应用于铝合金 1.3实验方法 溶液%：李军文等0用直形氮化硅作为工具头处理 将四种材质的工具头分别连接到超声波发生器 铝合金溶液.目前，关于超声波处理高温钢液的工 一换能器一变幅杆上，先给定一个小的功率(40~ 具头材质的报道很少.本次实验主要探索适合于处 50W),调节“频率调节旋钮”使系统达到共振状态， 理高温钢液的超声波工具头. 然后逐渐增大功率，测试各工具头能够承载的最大 超声波功率， 1 实验部分 在碳管炉52mm×112mm刚玉坩埚中熔化 11实验材料 1kg的82B盘条，炉内通氩气保护，实验温度为 实验选择刚玉棒、钨合金棒、外涂氧化锆的金属 1570℃.将各种材质的工具头分别放入钢液中静 钼棒和M一Ah03一Z02金属陶瓷管分别作为超声 态浸泡，隔一定时间取出观察其被高温钢液熔蚀的 波工具头，超声波在其中的传播速度分别为5626 情况.如果工具头即可以承受强烈的超声振动，又 5775,5230和6542.7ms1(中国科学院声学研究 能抵抗高温钢液的熔蚀，则把工具头连接到超声波 所测试). 发生器一换能器一变幅杆上，插入钢液进行超声处 超声波处理钢液实验所用的钢样是82B盘条， 理，观察工具头在使用过程中的情况。 其化学成分（质量分数，%）为：C,08:Si,0.21~ 2结果与讨论 0.22:Mn,0.71:P,0.0085;S.0011:Cr,0.22: V,0.02:A1,0.014. 2.1刚玉棒 将刚玉棒预热后插入钢液中，经过一段时间的 收稿日期：200610-23修回日期：2007-0-05 基金项目：国家自然科学基金及钢铁研究联合基金资助项目(No. 静态浸泡，发现其没有被钢液所熔蚀：通过螺栓将其 50474090) 与超声波发生系统连接后，先施加一个较小的功率， 作者简介：李杰(1975一)，男博士研究生：陈伟庆(1951一)，男. 调节超声波频率使其达到共振状态，在进一步增大 教授，博士生导师 超声波功率后，刚玉棒发生了断裂（如图1所示），表

超声波处理高温钢液的工具头材质研究 李 杰1) 陈伟庆1) 何北星2) 刘 青1) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 2)中国科学院声学研究所, 北京 100080 摘 要 研究了刚玉棒、钨合金棒、外涂 ZrO2 金属钼棒和 Mo-Al2O3-ZrO2 金属陶瓷管在钢液中的熔蚀和抗超声波振动的情 况.结果表明:刚玉棒可以承受高温钢液的熔蚀, 但在超声振动作用下产生断裂;钨合金棒可以承受强烈的超声振动, 但在处 理钢液时较短时间内发生了端部熔融;外涂氧化锆的金属钼棒在短时间内(1 ～ 2 min)可以承受高温钢液的熔蚀, 但不能承受 强烈的超声振动;金属陶瓷管既可以承受较强的超声振动(250 W), 又能够抵抗高温钢液的熔蚀, 可以作为超声波处理钢液的 工具头. 关键词 金属凝固;钢液;工具头;超声振动;熔蚀 分类号 TF769.9 收稿日期:2006-10-23 修回日期:2007-01-05 基金项目:国家自然科学基金及钢铁研究联合基金资助项目(No . 50474090) 作者简介:李 杰(1975—), 男, 博士研究生;陈伟庆(1951—), 男, 教授, 博士生导师 高能超声具有特殊的声学效应.对金属熔体施 加超声处理 ,可以使其凝固组织由粗大树枝晶变为 均匀细小的等轴晶[ 1-7] .有效地将超声振动导入金 属液中是对金属液进行超声处理的前提, 其关键是 超声工具头材质的选择. Dobatkin 曾用过 Cr18Ni9Ti 不锈钢工具头对铝 合金进行超声处理 , 结果只能处理 1 ～ 2 min [ 8] ; Abramov 研制出了水冷工具头, 只能应用于铝合金 溶液 [ 9] ;李军文等 [ 10] 用直形氮化硅作为工具头处理 铝合金溶液 .目前, 关于超声波处理高温钢液的工 具头材质的报道很少 .本次实验主要探索适合于处 理高温钢液的超声波工具头. 1 实验部分 1.1 实验材料 实验选择刚玉棒 、钨合金棒、外涂氧化锆的金属 钼棒和 M o-Al2O3-ZrO2 金属陶瓷管分别作为超声 波工具头, 超声波在其中的传播速度分别为 5 626 , 5 775 , 5 230 和 6 542.7 m·s -1(中国科学院声学研究 所测试). 超声波处理钢液实验所用的钢样是 82B 盘条 , 其化学成分(质量分数, %)为:C , 0.8 ;Si , 0.21 ～ 0.22 ;M n , 0.71 ;P , 0.0085 ;S , 0.011 ;Cr , 0.22 ; V , 0.02 ;Al , 0.014 . 1.2 设备 实验设备包括超声波发生器(ultrasonic genera￾to r), 换能器(transducer), 变幅杆(amplitude trans￾former horn)和工具头(probe).超声波发生器由中 国科学院声学研究所制作, 功率为 0 ～ 300 W 可调, 频率为 0 ～ 100 kHz 可调(要与换能器匹配), 在此次 实验中的超声波频率为 20 kHz . 1.3 实验方法 将四种材质的工具头分别连接到超声波发生器 —换能器—变幅杆上 , 先给定一个小的功率(40 ～ 50 W), 调节“频率调节旋钮”使系统达到共振状态, 然后逐渐增大功率, 测试各工具头能够承载的最大 超声波功率 . 在碳管炉 52 mm ×112 mm 刚玉坩埚中熔化 1 kg的 82B 盘条, 炉内通氩气保护, 实验温度为 1 570 ℃.将各种材质的工具头分别放入钢液中静 态浸泡, 隔一定时间取出观察其被高温钢液熔蚀的 情况 .如果工具头即可以承受强烈的超声振动, 又 能抵抗高温钢液的熔蚀 , 则把工具头连接到超声波 发生器—换能器—变幅杆上 , 插入钢液进行超声处 理 ,观察工具头在使用过程中的情况 . 2 结果与讨论 2.1 刚玉棒 将刚玉棒预热后插入钢液中 , 经过一段时间的 静态浸泡,发现其没有被钢液所熔蚀 ;通过螺栓将其 与超声波发生系统连接后, 先施加一个较小的功率, 调节超声波频率使其达到共振状态, 在进一步增大 超声波功率后,刚玉棒发生了断裂(如图 1 所示),表 第 29 卷 第 12 期 2007 年 12 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.29 No.12 Dec.2007 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2007.12.030

第12期 李杰等：超声波处理高温钢液的工具头材质研究 。1247。 明刚玉棒可以承受钢液的熔蚀，但不能承受强烈的 后，发现钼棒局部熔融（见图3(a),表明涂有氧化 超声振动. 锆的钼棒仅能在短时间内(<2min)承受高温钢液 (a) 的熔蚀.将外涂氧化锆的金属钼棒连接到超声波发 生系统上，当给定较小的功率时（约50W,钼棒螺 纹根部发生了断裂，如图3(b)所示.图3(c)是钼棒 断口的宏观形貌. 图2端部熔融的钨合金棒 Fig.2 Tungsten alloy bar of end moten 图1断裂后的刚玉棒(a)及其宏观断口形貌(b) Fig.1 Fractured corundum bar (a)and its macro fracture appear- ance 刚玉棒的主要成分是《一Ah03,是由离子键和 (a) 共价键及其混合键结合，这种键结构决定了晶体间 的滑移系统较少：同时，由于晶体的晶格较大，位错 的形成能较大，因而位错的形成和滑移均较困难，材 (b) 料不容易发生塑性变形，相应的延展性也差在超声 波的强烈振动下容易发生脆性断裂. 刚玉棒是用烧结方式制备的，在晶界上容易存 在气孔、裂纹等.在超声波的强烈振动下，这些气 孔、裂纹成为刚玉棒发生断裂的起源，裂纹进一步扩 展（如图16），导致了刚玉棒的断裂. (c) 22钨合金棒 钨合金棒由广州市新栋力超声电子设备有限公 图3熔融(a)、断裂(b)后的钼棒及断口宏观形貌(c) 司提供.实验过程中，超声波功率增大到300W时， Fig.3 Molten (a)and fractured (b)Mo bar as well as its macro 此工具头可以很好的发射超声波，表明此种材料能 fracture appearance (c) 承受强烈的高能超声振动.将工具头放入钢液中静 氧化锆涂层可以经受高温钢液的熔蚀，。能够阻 态浸泡lmin,没有发生变化.再将此工具头连接到 止金属钼与钢液的接触，经受热疲劳和热冲击作用. 超声波发生器一换能器一变幅杆上，超声处理钢液 但随时间的延长，涂有氧化锆的金属钼棒内外达到 30s左右，钨合金棒工具头端部发生了熔融变形（如 热平衡，氧化锆涂层抵抗热冲击的能力下降：同时， 图2所示).其原因可能是：在启动超声波后产生了 在惰性气氛下（实验过程中炉内通氩气保护），金属 高频振荡，工具头端头局部产生高热金属晶格受到 钼与氧化锆兼容川，使其抵抗钢液熔蚀能力下降： 这种内部高频振荡的作用而被激活，在这种情况下 氧化锆热膨胀系数为(11~11.5)X106℃1（四，金 金属晶格较为活泼，由于内部高频振荡摩擦已达到 属钼热膨胀系数为(5.8~62)X106℃1，在 钨合金所能承受的最高温度，同时又在外部高温钢 1570℃的实验温度下，氧化锆、金属钼热膨胀系数 液的作用下，导致了钨合金棒端部的熔化. 的差异导致氧化锆涂层在使用过程中开裂甚至剥 2.3外涂氧化锆的金属钼棒 落.以上因素综合作用，使外涂氧化锆层的金属钼 钼具有熔点高、热强度高、弹性模量高的特点. 棒溶于钢液。 由于钼与钢液的互溶，所以在其表面喷涂氧化锆层， 由图3(c)可以看出，钼棒断口平齐而光滑，呈 以隔绝钼与钢液的接触.当外涂氧化锆的钼棒在钢 晶粒状金属光泽，表面有许多闪闪发光的亮面，每个 液中浸泡2min时，没有发生变化：继续浸泡3min 亮面都是一个晶粒的界面，断口的断裂面与正应力

明刚玉棒可以承受钢液的熔蚀 , 但不能承受强烈的 超声振动 . 图 1 断裂后的刚玉棒(a)及其宏观断口形貌(b) Fig.1 Fractured corundum bar (a)and its macro fracture appear￾ance 刚玉棒的主要成分是 α-Al2O3 , 是由离子键和 共价键及其混合键结合, 这种键结构决定了晶体间 的滑移系统较少 ;同时 , 由于晶体的晶格较大, 位错 的形成能较大, 因而位错的形成和滑移均较困难, 材 料不容易发生塑性变形, 相应的延展性也差, 在超声 波的强烈振动下容易发生脆性断裂 . 刚玉棒是用烧结方式制备的, 在晶界上容易存 在气孔 、裂纹等 .在超声波的强烈振动下, 这些气 孔、裂纹成为刚玉棒发生断裂的起源,裂纹进一步扩 展(如图 1(b)),导致了刚玉棒的断裂 . 2.2 钨合金棒 钨合金棒由广州市新栋力超声电子设备有限公 司提供 .实验过程中,超声波功率增大到 300 W 时 , 此工具头可以很好的发射超声波 ,表明此种材料能 承受强烈的高能超声振动 .将工具头放入钢液中静 态浸泡 1 min ,没有发生变化.再将此工具头连接到 超声波发生器 —换能器—变幅杆上, 超声处理钢液 30 s 左右, 钨合金棒工具头端部发生了熔融变形(如 图 2 所示).其原因可能是:在启动超声波后产生了 高频振荡 ,工具头端头局部产生高热,金属晶格受到 这种内部高频振荡的作用而被激活 ,在这种情况下 金属晶格较为活泼 ,由于内部高频振荡摩擦已达到 钨合金所能承受的最高温度, 同时又在外部高温钢 液的作用下,导致了钨合金棒端部的熔化. 2.3 外涂氧化锆的金属钼棒 钼具有熔点高 、热强度高、弹性模量高的特点 . 由于钼与钢液的互溶 ,所以在其表面喷涂氧化锆层 , 以隔绝钼与钢液的接触.当外涂氧化锆的钼棒在钢 液中浸泡 2 min 时 , 没有发生变化;继续浸泡 3 min 后 ,发现钼棒局部熔融(见图 3(a)), 表明涂有氧化 锆的钼棒仅能在短时间内(<2 min)承受高温钢液 的熔蚀 .将外涂氧化锆的金属钼棒连接到超声波发 生系统上 ,当给定较小的功率时(约 50 W), 钼棒螺 纹根部发生了断裂 ,如图 3(b)所示 .图 3(c)是钼棒 断口的宏观形貌. 图2 端部熔融的钨合金棒 Fig.2 Tungsten alloy bar of end molten 图 3 熔融(a)、断裂(b)后的钼棒及断口宏观形貌(c) Fig.3 Molten (a)and fractured (b)Mo bar as well as its macro fracture appearance (c) 氧化锆涂层可以经受高温钢液的熔蚀, 能够阻 止金属钼与钢液的接触 ,经受热疲劳和热冲击作用. 但随时间的延长, 涂有氧化锆的金属钼棒内外达到 热平衡,氧化锆涂层抵抗热冲击的能力下降;同时, 在惰性气氛下(实验过程中炉内通氩气保护),金属 钼与氧化锆兼容 [ 11] ,使其抵抗钢液熔蚀能力下降; 氧化锆热膨胀系数为(11 ～ 11.5)×10 -6 ℃-1[ 12] ,金 属钼热膨胀系数为(5.8 ～ 6.2)×10 -6 ℃-1[ 13] , 在 1 570 ℃的实验温度下, 氧化锆、金属钼热膨胀系数 的差异导致氧化锆涂层在使用过程中开裂甚至剥 落 .以上因素综合作用 , 使外涂氧化锆层的金属钼 棒溶于钢液 . 由图 3(c)可以看出, 钼棒断口平齐而光滑, 呈 晶粒状金属光泽, 表面有许多闪闪发光的亮面, 每个 亮面都是一个晶粒的界面 ,断口的断裂面与正应力 第 12 期 李 杰等:超声波处理高温钢液的工具头材质研究 · 1247 ·

。1248 北京科技大学学报 第29卷 方向垂直，是明显的脆性断裂4.这是由于钼的晶 2min)内承受高温钢液的熔蚀。但在钢液中较长时 体结构属于体心立方结构，原子密度最大的面是 间的浸泡后，氧化锆涂层脱落导致金属钼棒局部熔 (110)面，该面上原子间的结合力最强。但是它们的 化，并且不能承受强烈的超声振动： 面间距最大，面与面之间原子结合力最弱金属钼变 (3)钨合金棒能够很好的传播超声波，可以承 形时将产生滑移的晶面；金属钼是由粉末治金方法 受强烈的超声振动但是在处理钢液时在较短时间 制作的，晶界面两侧存在空隙，切口敏感性强。晶界 内发生了端部熔融； 的原子键合力较弱. (4)金属陶瓷管既可以承受较强的超声振动， 2.4Mo一AIO一ZrO2金属陶瓷管 又能够抵抗高温钢液的熔蚀，因此可以作为超声波 金属陶瓷管由北京钢铁研究总院提供其主要 处理钢液的工具头. 由Mo、Ah03、Zx02经过超高温(~2500℃氢气保 参考文献 护)烧结而成.在烧结初期其结合剂分解排除，Mo、 Ab03、Z02混合粉末表面的氧化物被还原，颗粒间 [I]Abramov O V.Action of high intensity ultmsonic on solidifying metal.Ultrasonic 1987.25(2):73 产生结合，陶瓷相少量溶于金属Mo中：随着温度的 I2 Abdel-Reihim M.Reif W.Practical effect of ult rasonic vib rations 升高，陶瓷相在金属Mo中的溶解度增大，并出现液 on the soldifications of alloys containing different microstructu res. 相.烧结温度进一步升高，液相量也不断增加，坯体 Metal lurg.198438(2):131 剧烈收缩很快致密化1匀.烧结好的金属陶瓷管 [3 Abramov O V,Abramov V Q Straumal B et al.Hypereutectic (如图4(a)所示)抗折强度高，断裂韧性和抗氧化性 AlSi based alloys with a thixotropic microstructue produced by 能好，化学稳定性高，传播超声波的速度快 ultrasonic treatment.Mater Des.1998 18(4):323 [4 Eskin G I.Crystalization of magnesium alloy using the ultrasonic treat ment of melt.Metallurg,2003(7):47 [5 Jian X Xu H.Meek TT.et al.Effect of power ultrasound on solidification of aluminum A356 alby.Mater Lett 2005,59; 190 [(张勇，刘清梅，宋耀林，等.功率超声对T10钢凝固特性的影 响.铸造.200655(2)：188 图4使用前(a)和使用后(b)的M一AO一Z02金属陶瓷管 [了李英龙李宝棉，刘永涛，等.功率超声对ASi合金组织和性 Fig.4 Ceramic metal tubes of Mo-AlzO-ZrO:before (a)and af 能的影响.中国有色金属学报.1999.9(4)：719 ter being used (b) 【习高守雷，翟启杰，哦飞鹏等.超声波在金属凝固中的应用与发 展.材料导报。2002.16(9)：30 在实验过程中发现。金属陶瓷管在高温钢液中 [9 Abramov O V,Abramov V O.Bulgakov V.et al.Solidification 浸泡10min以上没有发生变化（如图4Gb)所示），同 of alumimum alloys under ultrasonic irradiat ion using w ater-cooled 时可以承受200W以上的超声波振动.因此可以作 resomator.Mater Lett 1998 37:27 为超声波处理钢液的工具头.在此后的实验过程 [I0李军文，桃野正.超声波对铝合金铸锭组织的影响.铸造技 中，使用金属陶瓷管处理高碳钢液，超声波功率可达 术，200425(8)：593 到250W,处理时间控制在2min左右，能够满足实 【11】张启修，赵秦生.钨钼治金.北京：治金工业出版社.2005：34 验的需求. 【12尹衍升，李嘉.氧化锆陶瓷及其复合材料.北京：化学工业出 版社，2004：6 3结论 【1)泽列克曼AH.克列茜0E萨姆索诺夫「B.稀有金属治金 学.宋晨光.陆雨泽，译.北京：治金工业出版社，1982：87 (1)刚玉棒可以承受高温钢液的熔蚀，但在强 【14束德林.金属力学性能.北京：机械工业出版社，1987：36 烈的超声振动作用下发生断裂： 【1匀李世普.特种陶瓷工艺学.武汉：武汉工业大学出版社， (2)外涂氧化锆的金属钼棒可以在短时间(1~ 1990:156

方向垂直, 是明显的脆性断裂 [ 14] .这是由于钼的晶 体结构属于体心立方结构 , 原子密度最大的面是 (110)面,该面上原子间的结合力最强, 但是它们的 面间距最大,面与面之间原子结合力最弱,金属钼变 形时将产生滑移的晶面;金属钼是由粉末冶金方法 制作的,晶界面两侧存在空隙 ,切口敏感性强, 晶界 的原子键合力较弱. 2.4 Mo-Al2O3-ZrO2 金属陶瓷管 金属陶瓷管由北京钢铁研究总院提供, 其主要 由M o 、Al2O3 、ZrO2 经过超高温(～ 2500 ℃, 氢气保 护)烧结而成.在烧结初期其结合剂分解排除, Mo 、 Al2O3 、ZrO2 混合粉末表面的氧化物被还原, 颗粒间 产生结合, 陶瓷相少量溶于金属 Mo 中;随着温度的 升高, 陶瓷相在金属 Mo 中的溶解度增大, 并出现液 相.烧结温度进一步升高,液相量也不断增加, 坯体 剧烈收缩, 很快致密化[ 15] .烧结好的金属陶瓷管 (如图 4(a)所示)抗折强度高 , 断裂韧性和抗氧化性 能好 ,化学稳定性高 ,传播超声波的速度快. 图 4 使用前(a)和使用后(b)的 Mo-Al 2O3-ZrO2 金属陶瓷管 Fig.4 Ceramic metal tubes of Mo-Al2O3-ZrO2 before (a)and af￾ter being used (b) 在实验过程中发现, 金属陶瓷管在高温钢液中 浸泡 10 min 以上没有发生变化(如图 4(b)所示), 同 时可以承受 200 W 以上的超声波振动.因此可以作 为超声波处理钢液的工具头.在此后的实验过程 中,使用金属陶瓷管处理高碳钢液 ,超声波功率可达 到 250 W ,处理时间控制在 2 min 左右 ,能够满足实 验的需求 . 3 结论 (1)刚玉棒可以承受高温钢液的熔蚀 , 但在强 烈的超声振动作用下发生断裂 ; (2)外涂氧化锆的金属钼棒可以在短时间(1 ～ 2 min)内承受高温钢液的熔蚀, 但在钢液中较长时 间的浸泡后, 氧化锆涂层脱落导致金属钼棒局部熔 化 ,并且不能承受强烈的超声振动; (3)钨合金棒能够很好的传播超声波, 可以承 受强烈的超声振动, 但是在处理钢液时在较短时间 内发生了端部熔融 ; (4)金属陶瓷管既可以承受较强的超声振动, 又能够抵抗高温钢液的熔蚀 ,因此可以作为超声波 处理钢液的工具头 . 参 考 文 献 [ 1] Abramov O V .Action of high in tensit y ultrasonic on solidifying met al.Ultrasonic, 1987 , 25(2):73 [ 2] Abdel-Reihim M , Reif W .Practical eff ect of ultrasonic vib rations on the solidifications of alloys cont aining different microstructu res. Metallurg , 1984 , 38(2):131 [ 3] Abramov O V , Abramov V O, Straumal B, et al.Hypereutectic Al-Si based alloys with a thixotropi c mi crostructu re p roduced by ultrasonic treatment.Mater Des, 1998 , 18(4):323 [ 4] Eskin G I .Crystallization of magnesium alloy using the ultrasonic treatment of melt .Metallurg , 2003(7):47 [ 5] Jian X, Xu H , Meek T T , et al.Effect of pow er ultrasound on solidifi cati on of aluminum A356 alloy .Mater Lett, 2005 , 59: 190 [ 6] 张勇, 刘清梅, 宋耀林, 等.功率超声对 T10 钢凝固特性的影 响.铸造, 2006 , 55(2):188 [ 7] 李英龙, 李宝棉, 刘永涛, 等.功率超声对 Al-S i 合金组织和性 能的影响.中国有色金属学报, 1999 , 9(4):719 [ 8] 高守雷, 翟启杰, 戚飞鹏, 等.超声波在金属凝固中的应用与发 展.材料导报, 2002 , 16(9):30 [ 9] Abramov O V , Abramov V O , Bulgakov V , et al.Solidification of aluminum alloys under ultrasonic irradiation using w ater-cooled resonator .Mater Lett, 1998 , 37:27 [ 10] 李军文, 桃野正.超声波对铝合金铸锭组织的影响.铸造技 术, 2004 , 25(8):593 [ 11] 张启修, 赵秦生.钨钼冶金.北京:冶金工业出版社, 2005:34 [ 12] 尹衍升, 李嘉.氧化锆陶瓷及其复合材料.北京:化学工业出 版社, 2004:6 [ 13] 泽列克曼 A H , 克列茜 O E , 萨姆索诺夫 ГB .稀有金属冶金 学.宋晨光, 陆雨泽, 译.北京:冶金工业出版社, 1982:87 [ 14] 束德林.金属力学性能.北京:机械工业出版社, 1987:36 [ 15] 李世普.特种陶瓷工艺学.武汉:武汉工业大学出版社, 1990:156 · 1248 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 29 卷

第12期 李杰等：超声波处理高温钢液的工具头材质研究 。1249。 Study of probe material for ultrasonic treatment of molten steel LI Jie,CHEN Weiqing.HE Beixing?,LIU Qing 1)Metallurgical and Ecological Engineering School Uriversity of Science and Technology Beijng.Beijing 100083.China 2)Institute of Acoustics Chirese Academy of Sciences Beijing 100080 China ABSTRACT The molten steel corrosion and ultrasonic vibration resistance of a corundum stick,a tungsten al loy stick,a metal Mo stick coated with Zr02 outside,and a Mo-AkO3-Z102 ceramic metal tube were investigat- ed for ultrasonic treatment of molten steel.The results show that the corundum stick can endure high-tem pera ture molten steel corrosion,but ultrasonic vibration caused it fracture.The tungsten alloy stick could endure huge ultrasonic vibration but end fusion w ill take place within a short time during the ultrasonic treatment pro- cess of molten steel.The metal Mo stick coated with Zr02 out side had corrosion resistance ability in molten steel during a short time (1-2 min),however,low ability to withstand strong ultrasonic vibration.The ceramic metal tube had the ability to endure not only strong ultrasonic vibration (250 W)but also high-temperature molten steel corrosion,so it coul be served as the probe for ultrasonic treatment of molten corrosion. KEY WORDS metal solidification;molten steel;probe;ultrasonic vibration;corrosion (下期预告) 工艺参数对凝胶注模成型不锈钢坯体 强度和烧结密度的影响 李艳郭志猛郝俊杰高玉喜 为了制备高坯体强度和烧结密度的凝胶注模成型不锈钢制件，研究了凝胶注模工艺参数包括预混液单 体含量和单体/交联剂比例、浆料固相含量及引发剂用量等对坯体抗弯强度及烧结体密度的影响规律.结果 表明，对于316L不锈钢的凝胶注模成型，可同时获得较好的坯体强度和烧结密度的工艺条件包括：预混液 单体质量分数18%~22%，单体/交联剂比例901~2401：浆料固相体积分数52%~55%：引发剂用量约 为单体质量的0.8%~1.4%.最终获得坯体强度高于30.0MPa、烧结密度高于97%的复杂形状烧结不锈钢 零件，其烧结体力学性能略低于粉末注射成型时的性能，但远高于美国MPF标准

S tudy of probe material for ultrasonic treatment of molten steel LI Jie 1), CHEN Weiqing 1), HE Beixing 2), LIU Qing 1) 1)Metallurgical and Ecological Engineering S chool, Uni versit y of Science and Technology Beijing , Beijing 100083 , China 2)Institut e of Acoustics, C hinese Academy of Sciences, Beijing 100080 , China ABSTRACT The molten steel corrosion and ultrasonic vibration resistance of a corundum stick , a tung sten al￾loy stick , a metal Mo stick coated w ith ZrO2 outside , and a M o-Al2O3-ZrO2 ceramic metal tube w ere investig at￾ed for ultrasonic treatment of molten steel .The results show that the corundum stick can endure hig h-tempera￾ture molten steel corrosion , but ultrasonic vibration caused it fracture.The tungsten alloy stick could endure huge ultrasonic vibration but end fusion w ill take place w ithin a short time during the ultrasonic treatment pro￾cess of molten steel .The metal Mo stick coated w ith ZrO2 outside had co rrosion resistance ability in molten steel during a sho rt time (1 —2 min), however, low ability to w ithstand strong ultrasonic vibration .The ceramic metal tube had the ability to endure not only strong ultrasonic vibration (250 W)but also hig h-temperature molten steel corrosio n , so it could be served as the probe fo r ultrasonic treatment of molten co rrosion . KEY WORDS metal solidification ;molten steel ;probe ;ultrasonic vibration ;corrosion (下期预告) 工艺参数对凝胶注模成型不锈钢坯体 强度和烧结密度的影响 李 艳 郭志猛 郝俊杰 高玉喜 为了制备高坯体强度和烧结密度的凝胶注模成型不锈钢制件 ,研究了凝胶注模工艺参数包括预混液单 体含量和单体/交联剂比例、浆料固相含量及引发剂用量等对坯体抗弯强度及烧结体密度的影响规律 .结果 表明, 对于 316L 不锈钢的凝胶注模成型, 可同时获得较好的坯体强度和烧结密度的工艺条件包括 :预混液 单体质量分数 18 %～ 22 %,单体/交联剂比例 90∶1 ～ 240∶1 ;浆料固相体积分数 52 %～ 55 %;引发剂用量约 为单体质量的 0.8 %～ 1.4 %.最终获得坯体强度高于 30.0M Pa 、烧结密度高于 97 %的复杂形状烧结不锈钢 零件 ,其烧结体力学性能略低于粉末注射成型时的性能 ,但远高于美国 MPIF 标准. 第 12 期 李 杰等:超声波处理高温钢液的工具头材质研究 · 1249 ·