超声处理对2219大规格铝锭微观组织与宏观偏析的影响.pdf_大学文库

工程科学学报，第39卷，第9期：1347-1354,2017年9月 Chinese Journal of Engineering,Vol.39,No.9:1347-1354,September 2017 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2017.09.007;htp:/journals.ustb.edu.cn 超声处理对2219大规格铝锭微观组织与宏观偏析的影响钟贞涛12)，李瑞卿23)区，李晓谦12,3)，陈平虎2) 1)中南大学机电工程学院，长沙4100832)中南大学高性能复杂制造国家重点试验室，长沙410083 3)中南大学轻合金研究院，长沙410083 ☒通信作者，E-mail:l187430@126.com 摘要在半连续铸造过程中施加超声，成功制备了中1250mm2219铝合金铸锭.利用光学显微镜，扫描电镜、能谱仪及直读光谱仪等仪器对铸锭的组织与成分分布进行检测与分析，探究超声对铸锭组织与偏析的内在作用机制.研究结果表明：超声振动引起的空化和声流效应能明显均匀组织结构，细化晶粒，尤其是心部晶粒细化率达到39.6%.超声促进铸锭晶间第二相呈枝丫状断续分布，晶内析出物点状弥散分布.同时，超声有效减小近表面负偏析，降低边部与心部之间的溶质浓度差异，弱化整个横截面的浓度波动，从而改善宏观偏析. 关键词半连续铸造；超声波；晶粒细化；第二相；宏观偏析分类号TG249.7 Effect of ultrasonication on the microstructure and macrosegregation of a large 2219 aluminum ingot ZHONG Zhen-tao,LI Rui-qing LI Xiao-qian,CHEN Ping-hu) 1)School of Mechanical and Electrical Engineering.Central South University,Changsha 410083,China 2)State Key Laboratory of High Performance Complex Manufacturing,Central South University,Changsha 410083,China 3)Light Alloy Research Institute,Central South University,Changsha 410083,China Corresponding author,E-mail:Ill87430@126.com ABSTRACT By applying ultrasonication during direct chill casting,a 2219 ingot with a diameter of 1250 mm was successfully produced.To study ultrasonic inner mechanism of ingot,the microstructure and macrosegregation of ingots cast after ultrasonication were analyzed by optical microscopy,scanning electron microscopy,energy-dispersive X-ray spectroscopy,and direct-reading spec- trometry.The results show that the cavitation and acoustic streaming effects brought by ultrasonic vibration can obviously regulate the structure and refine the grain size of the resulting ingots.The central grain refinement rate observed is 39.6%.Ultrasonication promotes the formation of branched intergranular secondary phases with a discontinuous distribution,and transgranular precipitates present a dispersed distribution with dot.Ultrasonication also effectively decreases negative segregation near the surface of the ingots, reduces the difference solute concentration between their edge and center,and weakens fluctuations in concentration over the entire cross section of the samples,thereby improving the macrosegregation properties of the final products. KEY WORDS direct chill casting;ultrasonic;grain refinement;second phase;macrosegregation 我国已经开始发展新一代重型运载火箭技术山，其中过渡环是火箭用燃料贮箱的重要结构件，是传收稿日期：2016-12-10 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51475480,5160496，U1637601)

工程科学学报,第 39 卷,第 9 期:1347鄄鄄1354,2017 年 9 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 39, No. 9: 1347鄄鄄1354, September 2017 DOI: 10. 13374 / j. issn2095鄄鄄9389. 2017. 09. 007; http: / / journals. ustb. edu. cn 超声处理对 2219 大规格铝锭微观组织与宏观偏析的影响钟贞涛1,2) , 李瑞卿2,3)苣 , 李晓谦1,2,3) , 陈平虎1,2) 1) 中南大学机电工程学院, 长沙 410083 2) 中南大学高性能复杂制造国家重点试验室, 长沙 410083 3) 中南大学轻合金研究院, 长沙 410083 苣通信作者, E鄄mail: lll87430@ 126. com 摘要在半连续铸造过程中施加超声,成功制备了准1250 mm 2219 铝合金铸锭. 利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪及直读光谱仪等仪器对铸锭的组织与成分分布进行检测与分析,探究超声对铸锭组织与偏析的内在作用机制. 研究结果表明:超声振动引起的空化和声流效应能明显均匀组织结构,细化晶粒,尤其是心部晶粒细化率达到 39郾 6% . 超声促进铸锭晶间第二相呈枝丫状断续分布,晶内析出物点状弥散分布. 同时,超声有效减小近表面负偏析,降低边部与心部之间的溶质浓度差异,弱化整个横截面的浓度波动,从而改善宏观偏析. 关键词半连续铸造; 超声波; 晶粒细化; 第二相; 宏观偏析分类号 TG249郾 7 Effect of ultrasonication on the microstructure and macrosegregation of a large 2219 aluminum ingot ZHONG Zhen鄄tao 1,2) , LI Rui鄄qing 2,3)苣 , LI Xiao鄄qian 1,2,3) , CHEN Ping鄄hu 1,2) 1) School of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China 2) State Key Laboratory of High Performance Complex Manufacturing, Central South University, Changsha 410083, China 3) Light Alloy Research Institute, Central South University, Changsha 410083, China 苣 Corresponding author, E鄄mail: lll87430@ 126. com ABSTRACT By applying ultrasonication during direct chill casting, a 2219 ingot with a diameter of 1250 mm was successfully produced. To study ultrasonic inner mechanism of ingot, the microstructure and macrosegregation of ingots cast after ultrasonication were analyzed by optical microscopy, scanning electron microscopy, energy鄄dispersive X鄄ray spectroscopy, and direct鄄reading spec鄄 trometry. The results show that the cavitation and acoustic streaming effects brought by ultrasonic vibration can obviously regulate the structure and refine the grain size of the resulting ingots. The central grain refinement rate observed is 39郾 6% . Ultrasonication promotes the formation of branched intergranular secondary phases with a discontinuous distribution, and transgranular precipitates present a dispersed distribution with dot. Ultrasonication also effectively decreases negative segregation near the surface of the ingots, reduces the difference solute concentration between their edge and center, and weakens fluctuations in concentration over the entire cross section of the samples, thereby improving the macrosegregation properties of the final products. KEY WORDS direct chill casting; ultrasonic; grain refinement; second phase; macrosegregation 收稿日期: 2016鄄鄄12鄄鄄10 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51475480, 5160496, U1637601) 我国已经开始发展新一代重型运载火箭技术[1] , 其中过渡环是火箭用燃料贮箱的重要结构件,是传

·1348· 工程科学学报，第39卷，第9期力的关键部位，受力集中，对材料的性能要求较高，以及布控位置，生产了多种规格尺寸的高质量铸锭制作通常采用分段型材拼焊方法。目前，国内外广国内外大都是进行坩埚试验或直径小于500mm的铸泛采用电子束焊[2-别、搅拌摩擦焊[及超声搅拌复锭来研究超声作用效果，分析作用机理，很少进行大铸合焊)]等焊接，虽然焊接性能大幅度提高，但受焊锭的研究.本文主要通过对常规铸造和超声铸造生产接厚度的限制，存在焊接区域与母材组织不均匀等中1250mm2219高强铝合金超大规格铸锭进行组织和诸多缺陷，降低了2219铝合金应有的材料性能. 成分上的分析，探讨超声对铸造大规格铸锭的影响研究过渡环整体锻造，制备超大直径铝合金锻环已规律. 成为攻克国家高性能燃料贮箱制造技术难题的关键. 1试验方案实现超大尺寸铝合金锻环的整体锻造，所用坯料 1.1试验材料与设备必须采用大规格优质铝合金铸锭.铸锭的质量直接影本试验所用材料是按GB/T3190一2008标准配料响锻环的综合性能.其中，铸锭的组织形态和宏观偏的2219铝合金.铝原料用高纯铝（≥99.95%），Cu以析是判定大铸锭质量好坏的重要标准[6].细小等轴晶纯金属，Mn以复合盐，其他元素以中间合金形式加入的铸锭组织，能提高材料各方面性能：宏观偏析的减熔炼保温炉熔炼].待炉料完全熔化后开启炉底电弱，将使冲击韧性和塑性得到提高，铸件的热裂倾向性磁搅拌器对铝液充分搅拌，并利用直读光谱仪进行炉减小，可以大大改善后续的锻造等加工).立式直冷前成分检测.炉前成分如表1所示(T元素质量分数 (DC铸造)是生产大型铸锭的常用方法，但由于温度留有0.005%~0.01%余量，铸造在线播种ATiB丝). 场、流场的极不平衡，导致铸锭横截面上组织不均匀试验过程所用设备主要有超声电源振动系统（五套），性、合金元素宏观偏析的程度和发生热裂的可能性均 201熔炼保温炉和201半连续铸造系统.其他设备包加大，严重影响铸锭的成形性[].所以，有效改善微观括：中1250mm热顶结晶器，超声杆位移控制平台，组织和宏观偏析，对生产新一代运载贮箱的整体大锻 SPECTR0-MAXx直读光谱仪，Automet250自动研磨环有重要意义机，MIRA3 TESCAN扫描电镜，Olympus DSX500光学现今，功率超声施加在铸造过程中已成为一种新显微镜等的生产工艺.自1936年前苏联科学家Sokolov]首次表1试验用2219铝合金成分（质量分数）进行了超声处理熔体试验，观察到超声波对熔体凝固 Table 1 Composition of the studied 2219 aluminum alloy% 过程的作用效果后，各国学者都在大力研究其作用机 Fe Cu Mn Mg Zn Ti V Zr Al 理和工艺参数.国外Abramov和Eskin等Iio-门深入研 <0.050.016.040.32<0.010.020.080.120.13Bal. 究超声对金属熔体的作用效果，发现超声不仅能改善晶粒形态、细化晶粒，还能增加晶内固溶度，抑制宏观 1.2试验步骤偏析，提高铸锭质量.国内李晓谦课题组[2-4在半连在熔炼保温炉内的铝熔体经精炼测氢合格后，沿铸铸造2xxx和7xxx高强度铝合金铸锭过程中导入超流槽流入热顶结晶器中实现常规铸造.主要铸造参数声外场，通过研究不同的工艺参数，如超声功率、频率如表2所示. 表22219铝圆铸锭铸造工艺参数 Table 2 Casting process parameters of the 2219 aluminum ingots 规格/(mm×mm) 浇注温度/℃ 冷却水温/℃ 水流量/(L.min-1) 引锭速度/(mm.min"!) b1250×3750 700 23 650 17 在其他工艺条件尽可能保证不变的情况下，待铸 5个试样进行金相组织和电镜扫描分析.取样图如图造稳定后，从热顶顶部直接导入超声波，实现超声铸 1(b)所示.检测顺序如下：造.本试验布置五套超声振动系统于结晶器中，采用 (1)化学成分分析.先铣削长条，用酒精清洗表正五边形方式布控.工作频率在19.5~20.5kHz,超面，去除油污与杂质，通过光谱仪沿半径方向进行成分声电源加载功率为1000W,工具杆插入铝液深度为检测 300mm,杆距中心200mm.试验装置与超声振动系统 (2)第二相分析.方形试样经自动研磨机研磨，抛的布控位置如图1所示. 光后，利用扫描电镜进行背散射分析第二相. 在距铸锭头尾两端800mm处各取厚度为25mm (3)金相组织分析.待背散射分析后，直接用的截面.在截面上沿半径方向取2条宽为100mm的 kelleri试剂腐蚀试样适当时间，在光学显微镜下观察晶长条来进行成分分析.并在其中1根长条上均匀选取粒形态

工程科学学报,第 39 卷,第 9 期力的关键部位,受力集中,对材料的性能要求较高, 制作通常采用分段型材拼焊方法. 目前,国内外广泛采用电子束焊[2鄄鄄3] 、搅拌摩擦焊[4] 及超声搅拌复合焊[5] 等焊接,虽然焊接性能大幅度提高,但受焊接厚度的限制,存在焊接区域与母材组织不均匀等诸多缺陷,降低了 2219 铝合金应有的材料性能. 研究过渡环整体锻造,制备超大直径铝合金锻环已成为攻克国家高性能燃料贮箱制造技术难题的关键. 实现超大尺寸铝合金锻环的整体锻造,所用坯料必须采用大规格优质铝合金铸锭. 铸锭的质量直接影响锻环的综合性能. 其中,铸锭的组织形态和宏观偏析是判定大铸锭质量好坏的重要标准[6] . 细小等轴晶的铸锭组织,能提高材料各方面性能;宏观偏析的减弱,将使冲击韧性和塑性得到提高,铸件的热裂倾向性减小,可以大大改善后续的锻造等加工[7] . 立式直冷 (DC 铸造)是生产大型铸锭的常用方法,但由于温度场、流场的极不平衡,导致铸锭横截面上组织不均匀性、合金元素宏观偏析的程度和发生热裂的可能性均加大,严重影响铸锭的成形性[8] . 所以,有效改善微观组织和宏观偏析,对生产新一代运载贮箱的整体大锻环有重要意义. 现今,功率超声施加在铸造过程中已成为一种新的生产工艺. 自 1936 年前苏联科学家 Sokolov [9] 首次进行了超声处理熔体试验,观察到超声波对熔体凝固过程的作用效果后,各国学者都在大力研究其作用机理和工艺参数. 国外 Abramov 和 Eskin 等[10鄄鄄11] 深入研究超声对金属熔体的作用效果,发现超声不仅能改善晶粒形态、细化晶粒,还能增加晶内固溶度,抑制宏观偏析,提高铸锭质量. 国内李晓谦课题组[12鄄鄄14] 在半连铸铸造 2xxx 和 7xxx 高强度铝合金铸锭过程中导入超声外场,通过研究不同的工艺参数,如超声功率、频率以及布控位置,生产了多种规格尺寸的高质量铸锭. 国内外大都是进行坩埚试验或直径小于 500 mm 的铸锭来研究超声作用效果,分析作用机理,很少进行大铸锭的研究. 本文主要通过对常规铸造和超声铸造生产准1250 mm 2219 高强铝合金超大规格铸锭进行组织和成分上的分析,探讨超声对铸造大规格铸锭的影响规律. 1 试验方案 1郾 1 试验材料与设备本试验所用材料是按 GB/ T 3190—2008 标准配料的 2219 铝合金. 铝原料用高纯铝(逸99郾 95% ),Cu 以纯金属,Mn 以复合盐,其他元素以中间合金形式加入熔炼保温炉熔炼[15] . 待炉料完全熔化后开启炉底电磁搅拌器对铝液充分搅拌,并利用直读光谱仪进行炉前成分检测. 炉前成分如表 1 所示( Ti 元素质量分数留有 0郾 005% ~ 0郾 01% 余量,铸造在线播种 AlTiB 丝). 试验过程所用设备主要有超声电源振动系统(五套), 20 t 熔炼保温炉和 20 t 半连续铸造系统. 其他设备包括:准1250 mm 热顶结晶器, 超声杆位移控制平台, SPECTRO鄄MAXx 直读光谱仪,Automet 250 自动研磨机,MIRA3 TESCAN 扫描电镜,Olympus DSX500 光学显微镜等. 表 1 试验用 2219 铝合金成分(质量分数) Table 1 Composition of the studied 2219 aluminum alloy % Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti V Zr Al < 0郾 05 0郾 01 6郾 04 0郾 32 < 0郾 01 0郾 02 0郾 08 0郾 12 0郾 13 Bal. 1郾 2 试验步骤在熔炼保温炉内的铝熔体经精炼测氢合格后,沿流槽流入热顶结晶器中实现常规铸造. 主要铸造参数如表 2 所示. 表 2 2219 铝圆铸锭铸造工艺参数 Table 2 Casting process parameters of the 2219 aluminum ingots 规格/ (mm 伊 mm) 浇注温度/ 益冷却水温/ 益水流量/ (L·min - 1 ) 引锭速度/ (mm·min - 1 ) 准1250 伊 3750 700 23 650 17 在其他工艺条件尽可能保证不变的情况下,待铸造稳定后,从热顶顶部直接导入超声波,实现超声铸造. 本试验布置五套超声振动系统于结晶器中,采用正五边形方式布控. 工作频率在 19郾 5 ~ 20郾 5 kHz, 超声电源加载功率为 1000 W,工具杆插入铝液深度为 300 mm, 杆距中心 200 mm. 试验装置与超声振动系统的布控位置如图 1 所示. 在距铸锭头尾两端 800 mm 处各取厚度为 25 mm 的截面. 在截面上沿半径方向取 2 条宽为 100 mm 的长条来进行成分分析. 并在其中 1 根长条上均匀选取 5 个试样进行金相组织和电镜扫描分析. 取样图如图 1(b)所示. 检测顺序如下: (1)化学成分分析. 先铣削长条,用酒精清洗表面,去除油污与杂质,通过光谱仪沿半径方向进行成分检测. (2)第二相分析. 方形试样经自动研磨机研磨,抛光后,利用扫描电镜进行背散射分析第二相. (3) 金相组织分析. 待背散射分析后,直接用 keller试剂腐蚀试样适当时间,在光学显微镜下观察晶粒形态. ·1348·

钟贞涛等：超声处理对2219大规格铝锭微观组织与宏观偏析的影响 ·1349. 超声振动系统 (b) 铝熔体入口流神超声杆长条 ~热顶结晶器 ,铸锭一冷却水试样 ,引锭杆图1超声铸造示意图.(a)超声半连铸3D图：(b)超声杆布控位置与取样图 Fig.I Schematic diagram of the ultrasonic casting process:(a)3D depiction of the ultrasonic semi-continuous casting system;(b)positions of the ultrasonic rods and samples 2试验结果与分析加形核数量，同时也改变晶粒形态.故不仅在铸锭表面和凝固前沿附近形核，超声作用区域也能产生大量 2.1超声对微观组织的影响晶核，增加了整个熔体的单位时间形核率.接着，超声图2为不同工艺参数条件下的铸锭横截面上沿半的声流作用加速流体流动，迫使晶粒均匀分散在熔体径方向的微观组织.常规铸锭边部与心部的微观组织中，同时对温度场和溶质场均衡处理)，使晶粒生长差异很大.边部为细小的球状等轴晶，中部等轴晶向方向均匀，达到铸锭内外晶粒大小一致，二次枝晶臂减树枝晶转变，晶粒变大.心部以树枝晶为主，存在少量小的效果的细小晶粒，即为混晶)，二次枝晶臂粗大.超声铸 2.2超声对第二相的影响锭的整个截面晶粒组织均匀，基本上都是等轴晶，无明半连续铸造大铸锭，因液穴深，固液相区间大，铸显二次枝晶臂. 造过程产生较大铸造应力，铸造后应进行均匀化退火横截面上的晶粒直径分布如图3所示.未加超声来消除，否则将在后续机械加工中引起开裂[6].图4 的晶粒直径从边部245um递增至中心533μm,尺寸为两种工艺参数下的铸锭沿径向分布的不同位置上的相差大：而施加超声的铸锭晶粒直径从边部207um平背散射图. 缓增加到中心322um.由此可知，超声能明显细化晶图4亮白色部分是第二相，深灰色区域为α-A1基粒，破碎树枝晶，转为球状等轴晶，尤其是对心部晶粒体.常规铸锭晶界的第二相，边部不出现团聚，呈连续的细化，细化率达到39.6%.对比常规铸锭，超声系统的细小网格状.越往中心，网格状消失，出现断续的枝虽施加在离中心1/3半径（点画线位置）处，但对边部丫状，团聚也越明显.超声能明显细化超声杆附近(1/ 仍有细化效果，细化率达到15.5%. 2半径)的第二相，呈断续的枝丫状.对于心部，超声超声细化晶粒可以归结为超声波的空化与声流作打碎链状第二相，分散团聚，使其均匀分布. 用.首先，超声作为能量波导人熔体中，增大原子或原对于晶内的第二相，整个横截面表现一致.图5 子团簇的能量起伏，使其处于激活状态，易于突破势垒为取1/2半径处常规铸锭与超声铸锭晶内第二相分布而发生形核.其次，超声有效作用区域内，能使熔体压图.常规铸锭晶内第二相主要以粗大的棒状和块状为强增大，熔点升高，从而增大过冷度，提高形核率. 主，平均尺寸分别为26.86和6.34μm,弥散分布于晶同时，超声引起的大过冷度，使得铝熔体中的细化剂作粒内.超声铸锭晶内第二相主要以点状均匀密集分为异质形核质点发生非自发形核，缩短形核时间.最布，同时含有少量的针状，尺寸为15.34m.超声明显后，超声波在高温铝熔体中的传播伴随大量空化泡的细化整个截面上晶内第二相，控制晶内第二相的聚集产生和破灭.在空化泡破碎的瞬间能产生的强大冲击和长大.通过能谱仪对晶界晶内的第二相进行能谱分波.冲击波将对其附近的初生晶枝和正在长大的晶枝析结果可知，除了极少量的Mn,A、Cu的原子比接近胞进行破碎⑧]，破碎枝晶又将作为新的形核质点，增于2：1，可以确认为AL,Cu相(0相).以高纯铝作原

钟贞涛等: 超声处理对 2219 大规格铝锭微观组织与宏观偏析的影响图 1 超声铸造示意图. (a)超声半连铸 3D 图;(b)超声杆布控位置与取样图 Fig. 1 Schematic diagram of the ultrasonic casting process: (a) 3D depiction of the ultrasonic semi鄄continuous casting system; (b) positions of the ultrasonic rods and samples 2 试验结果与分析 2郾 1 超声对微观组织的影响图 2 为不同工艺参数条件下的铸锭横截面上沿半径方向的微观组织. 常规铸锭边部与心部的微观组织差异很大. 边部为细小的球状等轴晶,中部等轴晶向树枝晶转变,晶粒变大. 心部以树枝晶为主,存在少量的细小晶粒,即为混晶[16] ,二次枝晶臂粗大. 超声铸锭的整个截面晶粒组织均匀,基本上都是等轴晶,无明显二次枝晶臂. 横截面上的晶粒直径分布如图 3 所示. 未加超声的晶粒直径从边部 245 滋m 递增至中心 533 滋m, 尺寸相差大;而施加超声的铸锭晶粒直径从边部 207 滋m 平缓增加到中心 322 滋m. 由此可知,超声能明显细化晶粒,破碎树枝晶,转为球状等轴晶,尤其是对心部晶粒的细化,细化率达到 39郾 6% . 对比常规铸锭,超声系统虽施加在离中心 1 / 3 半径(点画线位置)处,但对边部仍有细化效果,细化率达到 15郾 5% . 超声细化晶粒可以归结为超声波的空化与声流作用. 首先,超声作为能量波导入熔体中,增大原子或原子团簇的能量起伏,使其处于激活状态,易于突破势垒而发生形核. 其次,超声有效作用区域内,能使熔体压强增大,熔点升高,从而增大过冷度,提高形核率[17] . 同时,超声引起的大过冷度,使得铝熔体中的细化剂作为异质形核质点发生非自发形核,缩短形核时间. 最后,超声波在高温铝熔体中的传播伴随大量空化泡的产生和破灭. 在空化泡破碎的瞬间能产生的强大冲击波. 冲击波将对其附近的初生晶枝和正在长大的晶枝胞进行破碎[18] ,破碎枝晶又将作为新的形核质点,增加形核数量,同时也改变晶粒形态. 故不仅在铸锭表面和凝固前沿附近形核,超声作用区域也能产生大量晶核,增加了整个熔体的单位时间形核率. 接着,超声的声流作用加速流体流动,迫使晶粒均匀分散在熔体中,同时对温度场和溶质场均衡处理[19] ,使晶粒生长方向均匀,达到铸锭内外晶粒大小一致,二次枝晶臂减小的效果. 2郾 2 超声对第二相的影响半连续铸造大铸锭,因液穴深,固液相区间大,铸造过程产生较大铸造应力,铸造后应进行均匀化退火来消除,否则将在后续机械加工中引起开裂[6] . 图 4 为两种工艺参数下的铸锭沿径向分布的不同位置上的背散射图. 图 4 亮白色部分是第二相,深灰色区域为琢鄄Al 基体. 常规铸锭晶界的第二相,边部不出现团聚,呈连续的细小网格状. 越往中心,网格状消失,出现断续的枝丫状,团聚也越明显. 超声能明显细化超声杆附近(1 / 2 半径)的第二相,呈断续的枝丫状. 对于心部,超声打碎链状第二相,分散团聚,使其均匀分布. 对于晶内的第二相,整个横截面表现一致. 图 5 为取 1 / 2 半径处常规铸锭与超声铸锭晶内第二相分布图. 常规铸锭晶内第二相主要以粗大的棒状和块状为主,平均尺寸分别为 26郾 86 和 6郾 34 滋m,弥散分布于晶粒内. 超声铸锭晶内第二相主要以点状均匀密集分布,同时含有少量的针状,尺寸为 15郾 34 滋m. 超声明显细化整个截面上晶内第二相,控制晶内第二相的聚集和长大. 通过能谱仪对晶界晶内的第二相进行能谱分析结果可知,除了极少量的 Mn,Al、Cu 的原子比接近于 2颐 1,可以确认为 Al 2Cu 相( 兹相). 以高纯铝作原 ·1349·

·1352· 工程科学学报，第39卷，第9期 (c) 摩尔分数条检测点 Cu Mn A 6码.00 31.00 B 69.42 30.58 77.79 206 0.15 50m S0μm 图5不同铸锭品内第二相分布和成分测定.(a)常规铸锭：(b)超声铸锭：(c)E能谱打点测定 Fig.5 Second-phase distributions and composition test results of different intracrystalline ingots:(a)conventional ingot;(b)ultrasonic ingot;(c) EPMA test 且区域宽.而超声减小了铸锭边部附近的负偏析，缩 ·一常规铸锭·一超声铸锭小了心部的正偏析范围.根据曲线的拟合规律，将曲以线分为四个区域，分别为上升阶段，下降阶段，平稳阶 6 段和上升阶段.超声铸锭与常规铸锭相比，超声有效扩大区域1，缩小溶质变化范围，加速下降（区域2）至 0 稳定阶段，延宽稳定区域（区域3）以及缩短中心正偏析范围（区域4）.铸造过程中，不同区域形成的偏析，其作用机理是相异的 3 3 常规铸锭出现边部正偏析，近表面负偏析是枝晶 052104156208260312364416468520572624 形变引起的].结晶器的一次冷却，引起边部的枝晶距铸錠表面径向距离/mm 网格的热收缩和体积形变较大，表面出现“偏析瘤”，图6不同工艺参数下的铸锭径向Cu相对偏析率产生极大正偏析，近表面形成负偏析.图6所取13mm Fig.6 Relative rate of copper segregation in the radial direction of 处样品测得的溶质浓度显示在近表面形成很大的负偏 ingots obtained under different process parameters 析.区域1溶质浓度的升高，引起从负偏析上升至正距离[22-23]为：偏析，原因是进入二冷区后，冷却速度的提升，熔体发 L=AcoL Bsin(2a)/2 (2) 生热一溶质对流的速率小于凝固的速率，溶质未能得式中：α为液穴曲线的余弦角：A为常数：L为糊状区到充分扩散而固溶在晶间. 的竖直高度：B为铝熔体凝固收缩率区域2出现溶质浓度下降的现象，主要糊状区受而(dL,/dR)/c。的值代表的是铸锭横截面上的相到二次水冷而凝固收缩的影响.水平体积收缩引起横对偏析率（其中R为铸锭半径）.分析式(2)可知：在截面上的宏观偏析.凝固过程水平方向上的溶质传递区域2内，浮游晶未发生明显堆积，L基本不变，但凝

工程科学学报,第 39 卷,第 9 期图 5 不同铸锭晶内第二相分布和成分测定. (a)常规铸锭;(b)超声铸锭;(c)E 能谱打点测定 Fig. 5 Second鄄phase distributions and composition test results of different intracrystalline ingots: (a) conventional ingot; (b) ultrasonic ingot; (c) EPMA test 且区域宽. 而超声减小了铸锭边部附近的负偏析,缩小了心部的正偏析范围. 根据曲线的拟合规律,将曲线分为四个区域,分别为上升阶段,下降阶段,平稳阶段和上升阶段. 超声铸锭与常规铸锭相比,超声有效扩大区域 1,缩小溶质变化范围,加速下降(区域 2)至稳定阶段,延宽稳定区域(区域 3)以及缩短中心正偏析范围(区域 4). 铸造过程中,不同区域形成的偏析, 其作用机理是相异的. 常规铸锭出现边部正偏析,近表面负偏析是枝晶形变引起的[21] . 结晶器的一次冷却,引起边部的枝晶网格的热收缩和体积形变较大,表面出现“偏析瘤冶, 产生极大正偏析,近表面形成负偏析. 图 6 所取 13 mm 处样品测得的溶质浓度显示在近表面形成很大的负偏析. 区域 1 溶质浓度的升高,引起从负偏析上升至正偏析,原因是进入二冷区后,冷却速度的提升,熔体发生热—溶质对流的速率小于凝固的速率,溶质未能得到充分扩散而固溶在晶间. 区域 2 出现溶质浓度下降的现象,主要糊状区受到二次水冷而凝固收缩的影响. 水平体积收缩引起横截面上的宏观偏析. 凝固过程水平方向上的溶质传递图 6 不同工艺参数下的铸锭径向 Cu 相对偏析率 Fig. 6 Relative rate of copper segregation in the radial direction of ingots obtained under different process parameters 距离[22鄄鄄23]为: Lh = Ac0 Lm 茁sin(2琢) / 2. (2) 式中:琢为液穴曲线的余弦角;A 为常数;Lm 为糊状区的竖直高度;茁为铝熔体凝固收缩率. 而(dLh / dR) / c0 的值代表的是铸锭横截面上的相对偏析率(其中 R 为铸锭半径). 分析式(2) 可知:在区域 2 内,浮游晶未发生明显堆积,Lm 基本不变,但凝 ·1352·

钟贞涛等：超声处理对2219大规格铝锭微观组织与宏观偏析的影响 ·1353· 固界面冷却速度随离铸锭表面距离的增大而减小，从显提高[23-24].伴随渗透率的提高和凝固速率的增大，而α《角越小，导致铸锭径向相对偏析率减小.当α≈0 心部高浓度熔体发生共晶反应而造成共晶组织增多，时，L≈0，水平方向上不发生溶质传输，相对偏析率为表现为心部第二相增多，最终心部相对偏析率达到最 0,从而达到区域3的稳定状态.区域4的相对偏析率大值，但区域比常规铸锭较小. 急骤上升，是热一溶质对流和浮游晶的沉降共同作用的结果.在热一溶质对流的作用下，心部的溶质浓度 3结论最高，且浮游晶经过从边部传递至心部的长期长大过 (1)超声能改善大规格铝合金铸锭的枝晶形貌，程，晶粒粗大，二次枝晶臂间距增加.粗大枝晶明显提使铸锭内外晶粒结构均呈近球形.同时，超声有明显高心部渗透率，渗入高溶度熔体而使心部达到最大正的细化晶粒作用，尤其对心部晶粒的细化，细化率达到偏析. 39.6%,均衡整个截面的晶粒尺寸. 超声引起的声流作用如图7所示. (2)常规铸锭第二相团聚现象严重，而超声有效表面超声杆中心促进晶内固溶，细化晶界，使得晶界呈枝丫状断续分布，减少团聚，并且晶内第二相呈点状弥散分布 (3)超声的空化与声流作用能加速熔体流动，使温度场与溶质场均匀化，增加近表面的合金元素相对液相区偏析率，减小其斜率，减弱整体的相对偏析率的波动，改善宏观偏析，虽对心部的正偏析减小不明显，但区域变窄浆状区 1中参考文献糊状区 [1]Liu X,Wang G Q.Li S G,et al.Forecasts on crucial manufac- turing technology development of heavy lift launch vehicle.Aerosp 固相区 Manuf Technol,2013(1):1 (刘欣，王国庆，李曙光，等.重型运载火箭关键制造技术发展展望.航天制造技术，2013(1)：1) 图7超声声流示意图 [2]Narayana G V,Sharma V M J,Diwakar V,et al.Fracture behav- Fig.7 Schematic illustration of ultrasonic streaming ior of aluminum alloy 2219-T87 welded plates.Sci Technol Weld Joining,2004,9(2):121 超声铸锭区域1是由于超声的声流作用，加速边 [3]Liu C F.Electron beam welding of Al-alloy 2219 family for launch 部熔体的热一溶质对流，对凝固前沿的富溶质熔体充 vehicle tanks.Aerosp Manuf Technol,2002(4):3 分对流扩散，使得斜率变小，区域变大，13mm处的负 (刘春飞.运载贮箱用2219类铝合金的电子束焊.航天制造偏析比常规铸锭的低，减小了边部的负偏析率。区域2 技术，2002(4)：3) 超声的声流作用使凝固前沿熔体加速流动，带走大量 [4]He DQ,Deng H,Zhou PZ.Analysis of microstructure and prop- erties in friction-stir welding of 2219 thick plate.Trans China 的热量和溶质，在二次水冷的基础上再次提高冷却速 Weld Inst,2007,28(9):13 率，α角增大（如图7），从而表现为相对偏析率斜率更 (贺地求，邓航，周鹏展.2219厚板搅拌摩擦焊组织及性能分大，溶质浓度降低，提前达到稳定状态.区域3是超声析.焊接学报，2007,28(9)：13) 杆附近，空化作用细化晶粒，均匀组织，声流作用带动 [5]He D Q,Li J,Li D H,et al.Study on ultrasonic stir hybrid weld- 细小浮游晶运动，扩大该区域面积.对于区域4从超 ing of aluminum alloy.Trans China Weld Inst,2011,32(12):70 声铸锭的金相分析中可知，心部是由细小的近球状等 (贺地求，李剑，李东辉，等.铝合金超声搅拌复合焊接.焊接学报，2011,32(12)：70) 轴晶组成，其渗透率减小四).但晶粒在心部发生沉 [6 Chen Z M,Yu WQ.Casting Metal Solidification Principle.Bei- 降，受到的是自身重力和熔体的浮力共同作用.晶粒 jing:Peking University Press,2014 细小，其产生的重力小：熔体溶质溶度高而密度大，晶 (陈宗民，于文强.铸造金属凝固原理。北京：北京大学出版粒受到的浮力大.超声声流作用加速心部热一溶质对社，2014) 流的同时，带动细小晶粒上升而产生扰动，间距发生改 [7]Liu X G.Theoretic and Experimental Study of High Temperature Diffusion in Large Forgings Dissertation ]Qinhuangdao:Yans- 变，增大了渗透率.同时，冷却速率朝中心是逐渐减小 han University,2004 的，但在中心处被检测到突然增加：且在垂直方向两相 (刘鑫刚.大型锻件高温扩散的理论与试验研究[学位论文] 区中，浆状区的冷却速率低，但在糊状区的冷却速率明秦皇岛：燕山大学，2004)

钟贞涛等: 超声处理对 2219 大规格铝锭微观组织与宏观偏析的影响固界面冷却速度随离铸锭表面距离的增大而减小,从而琢角越小,导致铸锭径向相对偏析率减小. 当琢抑0 时,Lh抑0,水平方向上不发生溶质传输,相对偏析率为 0,从而达到区域 3 的稳定状态. 区域 4 的相对偏析率急骤上升,是热—溶质对流和浮游晶的沉降共同作用的结果. 在热—溶质对流的作用下,心部的溶质浓度最高,且浮游晶经过从边部传递至心部的长期长大过程,晶粒粗大,二次枝晶臂间距增加. 粗大枝晶明显提高心部渗透率,渗入高溶度熔体而使心部达到最大正偏析. 超声引起的声流作用如图 7 所示. 图 7 超声声流示意图 Fig. 7 Schematic illustration of ultrasonic streaming 超声铸锭区域 1 是由于超声的声流作用,加速边部熔体的热—溶质对流,对凝固前沿的富溶质熔体充分对流扩散,使得斜率变小,区域变大,13 mm 处的负偏析比常规铸锭的低,减小了边部的负偏析率. 区域 2 超声的声流作用使凝固前沿熔体加速流动,带走大量的热量和溶质,在二次水冷的基础上再次提高冷却速率,琢角增大(如图 7),从而表现为相对偏析率斜率更大,溶质浓度降低,提前达到稳定状态. 区域 3 是超声杆附近,空化作用细化晶粒,均匀组织,声流作用带动细小浮游晶运动,扩大该区域面积. 对于区域 4 从超声铸锭的金相分析中可知,心部是由细小的近球状等轴晶组成,其渗透率减小[22] . 但晶粒在心部发生沉降,受到的是自身重力和熔体的浮力共同作用. 晶粒细小,其产生的重力小;熔体溶质溶度高而密度大,晶粒受到的浮力大. 超声声流作用加速心部热—溶质对流的同时,带动细小晶粒上升而产生扰动,间距发生改变,增大了渗透率. 同时,冷却速率朝中心是逐渐减小的,但在中心处被检测到突然增加;且在垂直方向两相区中,浆状区的冷却速率低,但在糊状区的冷却速率明显提高[23鄄鄄24] . 伴随渗透率的提高和凝固速率的增大, 心部高浓度熔体发生共晶反应而造成共晶组织增多, 表现为心部第二相增多,最终心部相对偏析率达到最大值,但区域比常规铸锭较小. 3 结论 (1)超声能改善大规格铝合金铸锭的枝晶形貌, 使铸锭内外晶粒结构均呈近球形. 同时,超声有明显的细化晶粒作用,尤其对心部晶粒的细化,细化率达到 39郾 6% ,均衡整个截面的晶粒尺寸. (2)常规铸锭第二相团聚现象严重,而超声有效促进晶内固溶,细化晶界,使得晶界呈枝丫状断续分布,减少团聚,并且晶内第二相呈点状弥散分布. (3)超声的空化与声流作用能加速熔体流动,使温度场与溶质场均匀化,增加近表面的合金元素相对偏析率,减小其斜率,减弱整体的相对偏析率的波动, 改善宏观偏析,虽对心部的正偏析减小不明显,但区域变窄. 参考文献 [1] Liu X, Wang G Q, Li S G, et al. Forecasts on crucial manufac鄄 turing technology development of heavy lift launch vehicle. Aerosp Manuf Technol, 2013(1): 1 (刘欣, 王国庆, 李曙光, 等. 重型运载火箭关键制造技术发展展望. 航天制造技术, 2013(1): 1) [2] Narayana G V, Sharma V M J, Diwakar V, et al. Fracture behav鄄 ior of aluminum alloy 2219鄄T87 welded plates. Sci Technol Weld Joining, 2004, 9(2): 121 [3] Liu C F. Electron beam welding of Al鄄alloy 2219 family for launch vehicle tanks. Aerosp Manuf Technol, 2002(4): 3 (刘春飞. 运载贮箱用 2219 类铝合金的电子束焊. 航天制造技术, 2002(4): 3) [4] He D Q, Deng H, Zhou P Z. Analysis of microstructure and prop鄄 erties in friction鄄stir welding of 2219 thick plate. Trans China Weld Inst, 2007, 28(9): 13 (贺地求, 邓航, 周鹏展. 2219 厚板搅拌摩擦焊组织及性能分析. 焊接学报, 2007, 28(9): 13) [5] He D Q, Li J, Li D H, et al. Study on ultrasonic stir hybrid weld鄄 ing of aluminum alloy. Trans China Weld Inst, 2011, 32(12): 70 (贺地求, 李剑, 李东辉, 等. 铝合金超声搅拌复合焊接. 焊接学报, 2011, 32(12): 70) [6] Chen Z M, Yu W Q. Casting Metal Solidification Principle. Bei鄄 jing: Peking University Press, 2014 (陈宗民, 于文强. 铸造金属凝固原理. 北京: 北京大学出版社, 2014 ) [7] Liu X G. Theoretic and Experimental Study of High Temperature Diffusion in Large Forgings [Dissertation]. Qinhuangdao: Yans鄄 han University, 2004 (刘鑫刚. 大型锻件高温扩散的理论与试验研究[学位论文]. 秦皇岛: 燕山大学, 2004) ·1353·

.1354· 工程科学学报，第39卷，第9期 [8]Yang D Z,Xu K H,Ding P F,et al.Analysis and improvement melt treated by ultrasonic on macrosegregation in ingot.Centr measures on casting property of 2219 aluminium alloy large diame. South Unir Sci Technol.2011.42(9):2669 ter round ingot.Aerosp Manuf Technol,2014(6):1 (黎正华，李晓谦，胡仕成，等.熔体超声处理对7050铝合 (阳代军，徐坤和，丁鹏飞，等.2219铝合金大直径圆锭铸造金铸锭宏观偏析的影响.中南大学学报（自然科学版），性能分析及其改进措施.航天制造技术，2014(6)：1) 2011,42(9):2669) [9]Sokolov S Y,Sur L.Influence des ondes ultra-soniques sur les re- [18]Liu Y.Effect of Ultrasonie Casting on the Microstructure,Me- actions chimiques.Techn Phys URSS,1936,3:176 chanical and Corrosion Resistance Properties of 7085 Aluminum [10]Abramov O V.High-intensity Ultrasonic:Theory and Industrial Alloy Dissertation ]Changsha:Central South University,2014 Applications.Boca Raton:CRC Press,1999 (刘宇.超声铸造对7085铝合金组织，强韧性及耐蚀性的影 [11]Eskin G 1,Eskin D G.Ultrasonic Treatment of Light Alloy Melts. 响[学位论文].长沙：中南大学，2014) 2nd Ed.Boca Raton:CRC Press,2015 [19]Zhao Z X.The homogeneity of casting alloy process effected by [12]Jiang R P.The Peformance Analysis of Ultrasonie Vibration Sys- ultrasonic.Hot Working Technol,1999(5):10 tem and the Study of Aluminum Alloy Casting Dissertation]. (赵忠兴.超声波对合金结品过程的均匀化作用.热加工工 Changsha:Central South University,2007 艺，1999(5)：10) (蒋日鹏.超声振动系统性能分析及铝合金超声铸造试验研 [20]Guo X,Jiang R P,Li X Q,et al.Effect of aluminum alloy melt 究[学位论文].长沙：中南大学，2007) treated with ultrasound on microstructure and segregation of large- [13]Jiang R P,Li X Q.Li K Y,et al.Effect of ultrasonic on heat scale ingot in semi-continuous casting.Hot Working Technol, transfer and microstructure formation of aluminum alloy during so- 2016,45(7):25 lidification and its mechanism.J Centr South Univ Sci Technol, (郭兴，蒋日鹏，李晓谦，等.超声处理铝合金熔体对半连铸 2012,43(10):3807 大铸锭组织与偏析的影响.热加工工艺，2016,45(7)：25) (蒋日鹏，李晓谦，李开烨，等.超声对铝合金凝固传热与组 [21]Zhang I S.The Forming Principle of Liquid Metal.Beijing: 织形成的影响与作用机制.中南大学学报（自然科学版）， Chemical Industry Press,2011 2012,43(10):3807) (张金山.金属液态成型原理.北京：化学工业出版社， [14]Xie E H,Li X Q.Efficient refining zone of ultrasonic sonication 2011) on the industrial aluminum alloy melt.Mater Sci Technol,2010, [22]Li Z H,Li X Q,Zhang M,et al.Segregation behavior and for- 18(2):149 mation mechanism of 7050 aluminum alloy produced by semi- (谢恩华，李晓谦.超声波对铝合金熔体的有效细化区域 continuous casting under ultrasonic field.Chin Nonferr Met, 材料科学与工艺，2010,18(2)：149) 2011,21(2):318 [15]Li H X,Jiang D J.Han H,et al.Study on the casting process (黎正华，李晓谦，张明，等.超声作用下半连铸7050铝合 for the large round ingot of Al-Cu-Mn alloy.Light Alloy Fabri- 金的偏析行为及形成机制.中国有色金属学报，2011,21 cation Technol,2011,39(6):15 (2):318) (李海仙，姜德俊，韩华，等.A-Cu-Mn合金大规格圆铸锭 [23]Nadella R,Eskin D G,Du Q,et al.Macrosegregation in direct- 熔铸工艺研究.轻合金加工技术，2011,39(6)：15) chill casting of aluminium alloys.Prog Mater Sci,2008,53(3): [16]Eskin D G,Nadella R,Katgerman L.Effect of different grain 421 structures on centerline macrosegregation during direct-chill cast- [24]Drezet J M.Direct-chill and Electromagnetic Casting of Alumin- ing.Acta Mater,2008,56(6):1358 ium Alloys:Thermomechanical Effects and Solidification Aspects [17]Li Z H.Li X Q,Hu S C,et al.Effect of 7050 aluminum alloy Dissertation].Lausanne:EPFL,1996

工程科学学报,第 39 卷,第 9 期 [8] Yang D Z, Xu K H, Ding P F, et al. Analysis and improvement measures on casting property of 2219 aluminium alloy large diame鄄 ter round ingot. Aerosp Manuf Technol, 2014(6): 1 (阳代军, 徐坤和, 丁鹏飞, 等. 2219 铝合金大直径圆锭铸造性能分析及其改进措施. 航天制造技术, 2014(6): 1) [9] Sokolov S Y, Sur L. Influence des ondes ultra鄄soniques sur les re鄄 actions chimiques. Techn Phys URSS, 1936, 3: 176 [10] Abramov O V. High鄄intensity Ultrasonic: Theory and Industrial Applications. Boca Raton: CRC Press, 1999 [11] Eskin G I, Eskin D G. Ultrasonic Treatment of Light Alloy Melts. 2nd Ed. Boca Raton: CRC Press, 2015 [12] Jiang R P. The Performance Analysis of Ultrasonic Vibration Sys鄄 tem and the Study of Aluminum Alloy Casting [ Dissertation]. Changsha: Central South University, 2007 (蒋日鹏. 超声振动系统性能分析及铝合金超声铸造试验研究[学位论文]. 长沙: 中南大学, 2007) [13] Jiang R P, Li X Q, Li K Y, et al. Effect of ultrasonic on heat transfer and microstructure formation of aluminum alloy during so鄄 lidification and its mechanism. J Centr South Univ Sci Technol, 2012, 43(10): 3807 (蒋日鹏, 李晓谦, 李开烨, 等. 超声对铝合金凝固传热与组织形成的影响与作用机制. 中南大学学报(自然科学版), 2012, 43(10): 3807) [14] Xie E H, Li X Q. Efficient refining zone of ultrasonic sonication on the industrial aluminum alloy melt. Mater Sci Technol, 2010, 18(2): 149 (谢恩华, 李晓谦. 超声波对铝合金熔体的有效细化区域. 材料科学与工艺, 2010, 18(2): 149) [15] Li H X, Jiang D J, Han H, et al. Study on the casting process for the large round ingot of Al鄄鄄Cu鄄鄄Mn alloy. Light Alloy Fabri鄄 cation Technol, 2011, 39(6): 15 (李海仙, 姜德俊, 韩华, 等. Al鄄鄄Cu鄄鄄Mn 合金大规格圆铸锭熔铸工艺研究. 轻合金加工技术, 2011, 39(6): 15) [16] Eskin D G, Nadella R, Katgerman L. Effect of different grain structures on centerline macrosegregation during direct鄄chill cast鄄 ing. Acta Mater, 2008, 56(6): 1358 [17] Li Z H, Li X Q, Hu S C, et al. Effect of 7050 aluminum alloy melt treated by ultrasonic on macrosegregation in ingot. J Centr South Univ Sci Technol, 2011, 42(9): 2669 (黎正华, 李晓谦, 胡仕成, 等. 熔体超声处理对 7050 铝合金铸锭宏观偏析的影响. 中南大学学报( 自然科学版), 2011, 42(9): 2669) [18] Liu Y. Effect of Ultrasonic Casting on the Microstructure, Me鄄 chanical and Corrosion Resistance Properties of 7085 Aluminum Alloy [Dissertation]. Changsha: Central South University, 2014 (刘宇. 超声铸造对 7085 铝合金组织、强韧性及耐蚀性的影响[学位论文]. 长沙: 中南大学, 2014) [19] Zhao Z X. The homogeneity of casting alloy process effected by ultrasonic. Hot Working Technol, 1999(5): 10 (赵忠兴. 超声波对合金结晶过程的均匀化作用. 热加工工艺, 1999(5): 10) [20] Guo X, Jiang R P, Li X Q, et al. Effect of aluminum alloy melt treated with ultrasound on microstructure and segregation of large鄄 scale ingot in semi鄄continuous casting. Hot Working Technol, 2016, 45(7): 25 (郭兴, 蒋日鹏, 李晓谦, 等. 超声处理铝合金熔体对半连铸大铸锭组织与偏析的影响. 热加工工艺, 2016, 45(7): 25) [21] Zhang J S. The Forming Principle of Liquid Metal. Beijing: Chemical Industry Press, 2011 (张金山. 金属液态成型原理. 北京: 化学工业出版社, 2011) [22] Li Z H, Li X Q, Zhang M, et al. Segregation behavior and for鄄 mation mechanism of 7050 aluminum alloy produced by semi鄄 continuous casting under ultrasonic field. Chin J Nonferr Met, 2011, 21(2): 318 (黎正华, 李晓谦, 张明, 等. 超声作用下半连铸 7050 铝合金的偏析行为及形成机制. 中国有色金属学报, 2011, 21 (2): 318) [23] Nadella R, Eskin D G, Du Q, et al. Macrosegregation in direct鄄 chill casting of aluminium alloys. Prog Mater Sci, 2008, 53(3): 421 [24] Drezet J M. Direct鄄chill and Electromagnetic Casting of Alumin鄄 ium Alloys: Thermomechanical Effects and Solidification Aspects [Dissertation]. Lausanne: EPFL, 1996 ·1354·