·102. 工程科学学报，第41卷，第1期 面和距离端面38mm与134mm的柱面也出现严重 逐渐减小：浸入深度为110、190和280mm时柱面附 凹坑腐蚀，间隔约为96mm,如图8(c)所示：在施振 近的声压峰值数量分别为1、2与3个，间隔为91± 深度为290mm时，在端面和距离端面36、135以及 2mm:辐射杆附近的声压峰值位置存在较强空化现 233mm的柱面亦出现严重凹坑腐蚀，间隔分别为 象并对超声辐射杆产生腐蚀作用. 99mm与98mm,如图8(d)所示.综上可知，铝熔体 (2)在高温区段与结晶温度区段导人超声波， 中不同的施振深度，辐射杆腐蚀规律不同，并且辐射 铸锭组织以形核增殖为主要细化机制：在浆状区域 杆的腐蚀结果与声场仿真计算结果基本一致， 导入超声波，以超声机械碎品机制为主：熔体中多种 细化机制并存，共同细化铸锭晶粒 (3)在铝熔体中当超声振动系统的辐射杆同时 作用于高温区段、结晶温度区段以及浆状温度区段 时，铸锭晶粒尺寸细化效果最明显 110mm 37 mm 参考文献 38 mm [1]Wang F,Eskin D,Connolley T,et al.Effect of ultrasonic melt 134mm 190 mn treatment on the refinement of primary AlaTi intermetallic in an Al-0.4Ti alloy.J Cryst Growth,2016,435:24 [2]Moholkar V S,Rekveld S,Warmoeskerken M MC G.Modeling of 36 50 mm 233mm 135mm the acoustic pressure fields and the distribution of the cavitation 180mm 370mm phenomena in a dual frequency sonic processor.Ulrasonics, 2000,38(1-8):666 图8不同施振深度的辐射杆腐蚀形貌.(a)未施加：(b)110 [3]Li X T,Li T J,Li X M,et al.Study of ultrasonic melt treatment mm:(c）190mm:(d)280mm on the quality of horizontal continuously cast Al-1%Si alloy.Ul Fig.8 Radiation rod with different depths of shock corrosion mor- trason Sonochem,2006,13(2):121 phology:(a)not working;(b)110 mm;(c)190 mm;(d)280 mm [4]Eskin G I.Effect of ultrasonic cavitation)treatment of the melt on the microstructure evolution during solidification of aluminum 综上可知，在直径650mm热顶式半连续铸造过 alloy ingots.Z Metallkd,2002,93(6):502 程中施加双源超声振动系统，可有效细化铝合金铸 [5]Komarov S V,Kuwabara M,Abramov O V.High power ultrasonic 锭微观组织.铝熔体中超声辐射杆不同的施振深度 in pyrometallurgy:current status and recent development.IS/J 对应不同的空化范围，进而存在不同的组织细化机 1mt.2005,45(12):1765 [6]Chen D X,Li X Q,Li Z H,et al.Microstructure and macro-seg- 制，这直接影响铝合金铸锭晶粒的细化效果.当辐 regation law of ultrasonic cast 7050 aluminum alloy ingots.Uni 射杆作用于高温区段时，超声外场所带来的形核增 Sci Technol Beijing,2012.34(6):666 殖作用较弱，最终使得铝合金铸锭组织细化效果欠 (陈鼎欣，李晓谦，黎正华，等.超声铸造7050铝合金的微观 佳：当辐射杆作用于初始结晶温度区段，在空化作用 组织和宏观偏析规律.北京科技大学学报，2012,34(6)： 下铝熔体中形核结晶速率显著增加，熔体冷却速率 666) [7]Li Z H,Li X Q,Hu S C.et al.Effect of 7050 aluminum alloy 减慢，形核质点随着声流作用广泛分布于熔体中，铝 melt treated by ultrasonie on macrosegregation in ingot.Cent 合金铸锭组织明显细化：当辐射杆作用于固液两相 South Univ Sci Technol,2011,42(9):2669 温度区段，超声机械碎晶现象明显，铸锭凝固组织得 (黎正华，李晓谦，胡仕成，等.熔体超声处理对7050铝合金 到充分细化.在辐射杆施振深度为110、190和 铸锭宏观偏析的影响.中南大学学报（自然科学版），2011， 280mm工艺条件下，超声辐射杆对铸锭组织均有明 42(9):2669) [8]Li R Q,Liu Z L,Dong F,et al.Grain refinement of a large-scale 显的细化作用，但施振深度为280mm时，辐射杆同 Al alloy casting by introducing the multiple ultrasonic generators 时作用于高温区段、结晶温度区段以及浆状温度区 during solidification.Metall Mater Trans A,2016,47(8):3790 段晶粒细化作用最佳 [9]Tudela I,Siez V,Esclapez M D.et al.Simulation of the spatial distribution of the acoustic pressure in sonochemical reactors with 4结论 numerical methods:a review.Ultra on Sonochem,2014,21(3): 909 (1)随辐射杆浸入深度的增加铝熔体中辐射杆 [10]Eskin GI.Broad prospects for commercial application of the ul 端面附近声压的最大值以及柱面附近声压的峰值均 trasonic (cavitation)melt treatment of light alloys.Ultrason工程科学学报,第 41 卷,第 1 期 面和距离端面 38 mm 与 134 mm 的柱面也出现严重 凹坑腐蚀,间隔约为 96 mm,如图 8(c)所示;在施振 深度为 290 mm 时,在端面和距离端面 36、135 以及 233 mm 的柱面亦出现严重凹坑腐蚀,间隔分别为 99 mm 与98 mm,如图 8(d)所示. 综上可知,铝熔体 中不同的施振深度,辐射杆腐蚀规律不同,并且辐射 杆的腐蚀结果与声场仿真计算结果基本一致. 图 8 不同施振深度的辐射杆腐蚀形貌. ( a) 未施加; ( b) 110 mm; (c) 190 mm; (d) 280 mm Fig. 8 Radiation rod with different depths of shock corrosion mor鄄 phology: (a) not working; (b) 110 mm; (c) 190 mm; (d) 280 mm 综上可知,在直径 650 mm 热顶式半连续铸造过 程中施加双源超声振动系统,可有效细化铝合金铸 锭微观组织. 铝熔体中超声辐射杆不同的施振深度 对应不同的空化范围,进而存在不同的组织细化机 制,这直接影响铝合金铸锭晶粒的细化效果. 当辐 射杆作用于高温区段时,超声外场所带来的形核增 殖作用较弱,最终使得铝合金铸锭组织细化效果欠 佳;当辐射杆作用于初始结晶温度区段,在空化作用 下铝熔体中形核结晶速率显著增加,熔体冷却速率 减慢,形核质点随着声流作用广泛分布于熔体中,铝 合金铸锭组织明显细化;当辐射杆作用于固液两相 温度区段,超声机械碎晶现象明显,铸锭凝固组织得 到充分细化. 在辐射杆施振深度为 110、 190 和 280 mm工艺条件下,超声辐射杆对铸锭组织均有明 显的细化作用,但施振深度为 280 mm 时,辐射杆同 时作用于高温区段、结晶温度区段以及浆状温度区 段晶粒细化作用最佳. 4 结论 (1)随辐射杆浸入深度的增加铝熔体中辐射杆 端面附近声压的最大值以及柱面附近声压的峰值均 逐渐减小;浸入深度为 110、190 和 280 mm 时柱面附 近的声压峰值数量分别为 1、2 与 3 个,间隔为 91 依 2 mm;辐射杆附近的声压峰值位置存在较强空化现 象并对超声辐射杆产生腐蚀作用. (2)在高温区段与结晶温度区段导入超声波, 铸锭组织以形核增殖为主要细化机制;在浆状区域 导入超声波,以超声机械碎晶机制为主;熔体中多种 细化机制并存,共同细化铸锭晶粒. (3)在铝熔体中当超声振动系统的辐射杆同时 作用于高温区段、结晶温度区段以及浆状温度区段 时,铸锭晶粒尺寸细化效果最明显. 参 考 文 献 [1] Wang F, Eskin D, Connolley T, et al. Effect of ultrasonic melt treatment on the refinement of primary Al3 Ti intermetallic in an Al鄄鄄0郾 4Ti alloy. J Cryst Growth, 2016, 435: 24 [2] Moholkar V S, Rekveld S, Warmoeskerken M M C G. Modeling of the acoustic pressure fields and the distribution of the cavitation phenomena in a dual frequency sonic processor. Ultrasonics, 2000,38(1鄄8): 666 [3] Li X T, Li T J, Li X M, et al. Study of ultrasonic melt treatment on the quality of horizontal continuously cast Al鄄鄄1% Si alloy. Ul鄄 trason Sonochem, 2006, 13(2): 121 [4] Eskin G I. Effect of ultrasonic ( cavitation) treatment of the melt on the microstructure evolution during solidification of aluminum alloy ingots. Z Metallkd, 2002, 93(6): 502 [5] Komarov S V, Kuwabara M, Abramov O V. High power ultrasonic in pyrometallurgy: current status and recent development. ISIJ Int, 2005, 45(12): 1765 [6] Chen D X, Li X Q, Li Z H, et al. Microstructure and macro鄄seg鄄 regation law of ultrasonic cast 7050 aluminum alloy ingots. J Univ Sci Technol Beijing, 2012, 34(6): 666 (陈鼎欣, 李晓谦, 黎正华, 等. 超声铸造 7050 铝合金的微观 组织和宏观偏析规律. 北京科技大学学报, 2012, 34 ( 6 ): 666) [7] 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 Cent 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) [8] Li R Q, Liu Z L, Dong F, et al. Grain refinement of a large鄄scale Al alloy casting by introducing the multiple ultrasonic generators during solidification. Metall Mater Trans A, 2016, 47(8): 3790 [9] Tudela I, S觃ez V, Esclapez M D, et al. Simulation of the spatial distribution of the acoustic pressure in sonochemical reactors with numerical methods: a review. Ultrason Sonochem, 2014, 21(3): 909 [10] Eskin G I. Broad prospects for commercial application of the ul鄄 trasonic ( cavitation ) melt treatment of light alloys. Ultrason ·102·