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,1262 北京科技大学学报 第30卷 间，C1、M1、C2和M2分别为甘油和烧杯的比热容、 施振，同时移走振动系统，使铝熔体自然冷却直至完 质量.计算得到五个档位的声功率分别为105,135， 全凝固，依次改变超声功率，重复实验， 170,200和240W, (3)操作控制台，使工具杆浸入铝熔体25mm, 1.3实验方案 超声波发生器工作频率19士0.5kz,输出功率 将大铸锭中截取的工业纯铝块置于石墨坩埚放 170W.在800~750℃温度区间施加超声波，施振 入电阻丝加热炉进行熔炼，铝块完全融化后，对铝熔 结束后移走振动系统，使铝熔体自然冷却直至完全 体进行充分搅拌，持续加热至900℃，并添加铝打渣 凝固，依次改变施振温度区间，分别在750~700， 剂打渣净化熔体。启动超声振动系统，对导波工具 700~660,660~630,850~660,800~660和680~ 杆进行预热，将坩埚从电阻炉中移出，置于空气中， 660℃导入超声，重复上述实验 使其自然冷却.超声波从铝熔体顶部连续导入，具 每次实验处理的铸锭质量相同，一共获得样品 体方案如下， 13个，考虑到铸锭形状的对称性，将样品从中间切 (1)不施加超声波，使坩埚中的铝熔体自然冷 开，取1/4断面进行研磨、用化学抛光液抛光研磨 却直至完全凝固， 面，最后对断面进行强酸腐蚀，样品冲洗拭干后，沿 (2)操作控制台，使工具杆浸入铝熔体25mm, 施加声波的轴线方向由上至下取近声场和远声场两 选择工作频率19士0.5kh,当熔体温度下降到 个位置观察其凝固组织，为便于观察与记录，表2 750℃时，开始施加超声波，至液相线660℃时，停止 对样品进行了标记， 表2样品标记表 Table 2 Marker list of samples 实验工况 样品标记 实验工况 样品标记 实验工况 样品标记 观察位置标记 未加声波 A P=240W T=660-630℃ J P=105W 女 T=800-750℃ T=850-660℃ K P=135W T=750-700℃ 夕 T=800-660℃ P=170W 0 T=700-660℃ T=680-660℃ P=200W 2实验结果与分析 状、片状、骨骼状；而经超声振动处理过的铝铸锭，无 论是在何种工况下导入声波，其宏观组织与未加超 2.1铸锭凝固组织 声的情况相比较，均有明显细化现象且晶粒分布较 从样品的宏观组织（图3）可发现：未加超声处 为均匀 理的铸锭，枝晶非常发达并且连成一体，组织呈块 (b) 2 mm 2 mm 图3铸锭宏观组织对比图.(a)为未施加超声波；(b),(c)和()为不同工况下施加超声波 Fig.3 Comparison of the macrostructures of casting ingots obtained without(a)and with the application of ultrasonic in different load cases (b.c and d) 分别从靠近振源位置（标记1，如表2所示）和 源处，虽然晶粒比较粗大，但它们的显微组织也不同 远离振源位置（标记2）取微观组织分析，也发现相 于样品A,在改变超声输出功率得到的铸锭组织 似的变化规律.从图4和图5可以看出，与样品A 中，发现当超声输出功率P=170W时，晶粒细化效 相比，样品B一M的组织中在靠近施加超声处，粗大 果最为理想，过大或过小的声功率都将导致这种效 的树枝晶、柱状晶已被细小等轴晶取代，在远离振动 果减弱，晶粒尺寸增大间C1、M1、C2 和 M2 分别为甘油和烧杯的比热容、 质量．计算得到五个档位的声功率分别为105135 170200和240W． 1∙3 实验方案 将大铸锭中截取的工业纯铝块置于石墨坩埚放 入电阻丝加热炉进行熔炼铝块完全融化后对铝熔 体进行充分搅拌持续加热至900℃并添加铝打渣 剂打渣净化熔体．启动超声振动系统对导波工具 杆进行预热．将坩埚从电阻炉中移出置于空气中 使其自然冷却．超声波从铝熔体顶部连续导入具 体方案如下． （1） 不施加超声波使坩埚中的铝熔体自然冷 却直至完全凝固． （2） 操作控制台使工具杆浸入铝熔体25mm 选择工作频率19±0∙5kHz当熔体温度下降到 750℃时开始施加超声波至液相线660℃时停止 施振同时移走振动系统使铝熔体自然冷却直至完 全凝固．依次改变超声功率重复实验． （3） 操作控制台使工具杆浸入铝熔体25mm 超声波发生器工作频率19±0∙5kHz输出功率 170W．在800～750℃温度区间施加超声波施振 结束后移走振动系统使铝熔体自然冷却直至完全 凝固．依次改变施振温度区间分别在750～700 700～660660～630850～660800～660和680～ 660℃导入超声重复上述实验． 每次实验处理的铸锭质量相同一共获得样品 13个考虑到铸锭形状的对称性将样品从中间切 开取1／4断面进行研磨、用化学抛光液抛光研磨 面最后对断面进行强酸腐蚀．样品冲洗拭干后沿 施加声波的轴线方向由上至下取近声场和远声场两 个位置观察其凝固组织．为便于观察与记录表2 对样品进行了标记． 表2 样品标记表 Table2 Marker list of samples 实验工况 样品标记 未加声波 A P＝105W B P＝135W C P＝170W D P＝200W E 实验工况 样品标记 P＝240W F T＝800～750℃ G T＝750～700℃ H T＝700～660℃ I 实验工况 样品标记 T＝660～630℃ J T＝850～660℃ K T＝800～660℃ L T＝680～660℃ M 观察位置标记 2 实验结果与分析 2∙1 铸锭凝固组织 从样品的宏观组织（图3）可发现：未加超声处 理的铸锭枝晶非常发达并且连成一体组织呈块 状、片状、骨骼状；而经超声振动处理过的铝铸锭无 论是在何种工况下导入声波其宏观组织与未加超 声的情况相比较均有明显细化现象且晶粒分布较 为均匀． 图3 铸锭宏观组织对比图．（a） 为未施加超声波；（b）（c）和（d）为不同工况下施加超声波 Fig．3 Comparison of the macrostructures of casting ingots obtained without （a） and with the application of ultrasonic in different load cases （bc and d） 分别从靠近振源位置（标记1如表2所示）和 远离振源位置（标记2）取微观组织分析也发现相 似的变化规律．从图4和图5可以看出与样品 A 相比样品 B～M 的组织中在靠近施加超声处粗大 的树枝晶、柱状晶已被细小等轴晶取代在远离振动 源处虽然晶粒比较粗大但它们的显微组织也不同 于样品 A．在改变超声输出功率得到的铸锭组织 中发现当超声输出功率 P＝170W 时晶粒细化效 果最为理想过大或过小的声功率都将导致这种效 果减弱晶粒尺寸增大． ·1262· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷