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第11期 蒋日鹏等：施振功率与温度对工业纯铝凝固组织的影响 ,1265 熔体液相线时晶粒尺寸的变化规律，8O0℃时施加 [4]Eskin G I.Effect of ultrasonic (cavitation)treatment of the melt 超声波形成的凝固组织最为细小，平均晶粒尺寸达 on the microstructure evolution during solidification of aluminum 77mm,而过高或过低的温度都将减弱超声细化效 alloy ingots.Z Metallkd.2002.93(6):502 [5]Abdel-Rehim M.Reif W.Practical applications for solidification 果.对于这种规律的变化，通常认为超声振动细化 of metals and alloys under ultrasonic vibrations.Metal,1984,38 晶粒、除气和除杂需要一定时间1]，高温导入超声 (12):1156 波时，振动处理熔体的时间相对延长，超声波的热效 [6]Puskar A.The Use of High-intensity Ultrasonic.Amsterdam 应加强，晶粒尺寸增大；低温导入超声波则处理时间 Elsevier,1982:56 缩短，超声细化晶粒的能力未得到充分发挥. [7]Eskin G I.Ultrasonic Treatment of Molten Aluminum. Moscow:Metallurgiya.1985:1 此外，从图7(c)可以看出，在不同的熔体温度 [8]Li Y L.Li B M.Liu Y T et al.Effect of high intensity ultrasonic 区间施加超声波，晶粒亦可得到细化，在液相线上 on structures and properties of Al Si alloys.Chin I Nonferrous 的三个温度区间，以700~660℃导入超声波的组织 Met,1999,9(4):719 细化效果最好，而在液相线下660~630℃导入超声 (李英龙，李宝绵，刘永涛，等.功率超声对ASi合金组织和性 波的晶粒尺寸也较小，这也证明了声流搅拌、破碎效 能的影响.中国有色金属学报，1999,9(4)：719) [9]Zhao Z X.Mu G H.Huang J R.et al.Effect of ultrasonic on the 应对组织的细化作用 structure and properties of casting alloy.Foundry.1996(3):21 3结论 (赵忠兴，穆光华，黄金日，等.超声波对铸造合金组织和性能 的影响，铸造，1996(3)：21) ()超声波功率对凝固组织的影响：在铝熔体 [10]Ma L Q,Shu G J.Chen F et al.Research on solidification of 中导入超声波，其凝固组织明显细小；当声功率P= metal melt under ultrasonic field.Mater Sci Eng.1995.13 170W时，晶粒细化效果最好， (4):2 (马立群，舒光冀，陈锋，等。金属熔体在超声场中凝固的研 (2)施振温度对凝固组织影响：在不同温度导 究、材料科学与工程，1995,13(4).2) 入超声波至熔体液相线，均对凝固组织有细化作用， [11]Ying C F.Ultrasonics.Beijing:Science Press,1990:524 然而温度过高、过低都将减弱细化效果，最佳施振温 (应崇福.超声学.北京：科学出版社，1990,524) 度为800℃；截取不同的温度区间导入超声波同样 [12]Yuan Y Q.Ultrasonic Physics Theory and Application in Mod- 均能细化凝固组织：在液相线以上700~660℃和液 ern Times.Nanjing:Nanjing University Press,1996:133 (袁易全·近代超声原理及应用南京：南京大学出版社， 相线以下660~630℃导入超声波，晶粒细化效果较 1996,133) 为理想， [13]Mondolfo L F.Structure and Properties of Aluminum Alloys (3)超声波在传递过程中会产生衰减，因此沿 London:Butterworths Press,1976:200 施加超声振动的轴线由上至下，晶粒尺寸都有不同 [14]Feng R.Li H M.Acoustic Chemistry and Application.Hefei: 程度的增大 Anhui Science and Technology Press,1990:112 (冯诺，李化茂.声化学及应用，合肥：安徽科技出版社， (4)超声波细化晶粒的机理主要是空化效应和 1990:112) 声流效应.空化效应产生的局部高温、高压和强烈 [15]Pan L.Chen F,Wu S Q.Review of MMC fabrication under 的冲击波能熔断和击碎初生晶体和枝晶，在声流搅 high intensity utrasonic treatment.Mater Mech Eng.2003.27 拌的作用下弥散分布于熔体中，形成晶核。同时，空 (7):1 化气泡的崩渍使熔体的有效过冷度增加，因而提高 (潘蕾，陈锋，吴申庆·高能超声作用下金属基复合材料的制 备.机械工程材料，2003,27(7)：1) 形核率，促使晶粒细化 [16]Wang J.Zhou Y H.Shu G J.The status and development of 参考文献 MMC fabrication by high intensity ultrasound.Foundry.1997 (12):40 [1]Eskin GI.Ultrasonic Treatment of Light Alloy Melts.Amster- (王俊，周尧和，舒光冀·用高能超声制备金属基复合材料的 dam:Gordon 8 Breach.1998:1 形状与发展.铸造，1997(12)：40) [2]Jiang X.Xu H.Meek T T,et al.Effect of power ultrasound on [17]CMJIHMJI JI.Ulrasonic Welding.Translated by Jiang J. solidification of aluminum A356 alloy.Mater Lett.2005.59 Guan Z Y.Beijing:National Defence Industry Press,1963:104 (3):190 (CHJIHHJI JI.超声波焊接，姜健，关中原，译，北京：国防工 [3]Abramov O V.Action of high intensity ultrasound on solidifying 业出版社，1963,104) metal.Ultrasonics.1987.25(2):73熔体液相线时晶粒尺寸的变化规律．800℃时施加 超声波形成的凝固组织最为细小平均晶粒尺寸达 77mm而过高或过低的温度都将减弱超声细化效 果．对于这种规律的变化通常认为超声振动细化 晶粒、除气和除杂需要一定时间［17］高温导入超声 波时振动处理熔体的时间相对延长超声波的热效 应加强晶粒尺寸增大；低温导入超声波则处理时间 缩短超声细化晶粒的能力未得到充分发挥． 此外从图7（c）可以看出在不同的熔体温度 区间施加超声波晶粒亦可得到细化．在液相线上 的三个温度区间以700～660℃导入超声波的组织 细化效果最好而在液相线下660～630℃导入超声 波的晶粒尺寸也较小这也证明了声流搅拌、破碎效 应对组织的细化作用． 3 结论 （1） 超声波功率对凝固组织的影响：在铝熔体 中导入超声波其凝固组织明显细小；当声功率 P＝ 170W 时晶粒细化效果最好． （2） 施振温度对凝固组织影响：在不同温度导 入超声波至熔体液相线均对凝固组织有细化作用 然而温度过高、过低都将减弱细化效果最佳施振温 度为800℃；截取不同的温度区间导入超声波同样 均能细化凝固组织；在液相线以上700～660℃和液 相线以下660～630℃导入超声波晶粒细化效果较 为理想． （3） 超声波在传递过程中会产生衰减因此沿 施加超声振动的轴线由上至下晶粒尺寸都有不同 程度的增大． （4） 超声波细化晶粒的机理主要是空化效应和 声流效应．空化效应产生的局部高温、高压和强烈 的冲击波能熔断和击碎初生晶体和枝晶在声流搅 拌的作用下弥散分布于熔体中形成晶核．同时空 化气泡的崩溃使熔体的有效过冷度增加因而提高 形核率促使晶粒细化． 参 考 文 献 ［1］ Eskin G I．Ultrasonic T reatment of L ight Alloy Melts．Amsterdam：Gordon ＆ Breach1998：1 ［2］ Jiang XXu HMeek T Tet al．Effect of power ultrasound on solidification of aluminum A356 alloy． Mater Lett200559 （3）：190 ［3］ Abramov O V．Action of high intensity ultrasound on solidifying metal．Ultrasonics198725（2）：73 ［4］ Eskin G I．Effect of ultrasonic （cavitation） treatment of the melt on the microstructure evolution during solidification of aluminum alloy ingots．Z Metallkd200293（6）：502 ［5］ Abde-l Rehim MReif W．Practical applications for solidification of metals and alloys under ultrasonic vibrations．Metal198438 （12）：1156 ［6］ Puskar A．The Use of High-intensity Ultrasonic．Amsterdam： Elsevier1982：56 ［7］ Eskin G I． Ultrasonic T reatment of Molten Aluminum． Moscow：Metallurgiya1985：1 ［8］ Li Y LLi B MLiu Y T et al．Effect of high-intensity ultrasonic on structures and 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