·1276· 工程科学学报，第38卷，第9期 铸锭边部 铸锭心部 10mm 10mm 10mm 10 mm 10mm 10mm 10mm 10mm 图10低倍组织对比图.(a)无超声：(b)有超声 Fig.10 Macro-structures at different locations:(a)without ultrasonic treatment:(b)with ultrasonic treatment 500m 500m 500m 边部 1/2半径 心部 500 um, 500m 500um 图11显微组织对比图.(a)无超声：(b)有超声 Fig.11 Micro-structures at different locations:(a)without ultrasonic treatment:(b)with ultrasonic treatment m,晶粒大小从铸锭边部到心部呈现先增大再减小的 450 趋势，符合典型凝固组织的特征：但不同位置处晶粒大 425 小差别较大，晶粒分布不均匀.施加超声后，晶粒普遍 400 得到明显的细化，平均晶粒尺寸减小到262um,边部 375 无超出 最小为229um,心部附近最大为293m,相同位置处 350 325 晶粒尺寸均减小60μm以上.此外，对比两条曲线的 300 倾斜程度可以发现施加超声后晶粒大小沿铸锭径向分 275 施加超声 布也更加均匀 250 根据前面的模拟结果，空化效应主要发生在辐射 225 杆端面下方36mm内的小范围区域内，热顶半连续铸 2000 306090120150180210240270300 造过程中，上部是由热顶保温的高温过热铝熔体，在距 边部离mm 离自由液面136mm范围内，铝熔体并未开始形核，即 图12有无超声晶粒尺寸对比图 使超声空化能足以造成瞬时局部过冷，但由于热顶内 Fig.12 Grain size distribution of the two ingots 过热高温铝熔体向上的强烈紊流也会融化已经产生的 的紊流抑制枝晶臂的生长，打碎正在长大的树枝晶，形 晶核，所以可以近似认为是超声的声流作用对其宏观 成新的晶核，使树枝晶向等轴晶转变：(2)搅拌作用有 流场与温度场的耦合作用影响铝熔体的凝固过程.这 利于传热传质，提高了铸锭的平均结晶速度，使铸锭组 种耦合作用使晶粒均匀、细化的具体表现为：(1)强烈 织更加细小、均匀.工程科学学报，第 38 卷，第 9 期 图 10 低倍组织对比图． ( a) 无超声; ( b) 有超声 Fig． 10 Macro-structures at different locations: ( a) without ultrasonic treatment; ( b) with ultrasonic treatment 图 11 显微组织对比图． ( a) 无超声; ( b) 有超声 Fig． 11 Micro-structures at different locations: ( a) without ultrasonic treatment; ( b) with ultrasonic treatment μm，晶粒大小从铸锭边部到心部呈现先增大再减小的 趋势，符合典型凝固组织的特征; 但不同位置处晶粒大 小差别较大，晶粒分布不均匀． 施加超声后，晶粒普遍 得到明显的细化，平均晶粒尺寸减小到 262 μm，边部 最小为 229 μm，心部附近最大为 293 μm，相同位置处 晶粒尺寸均减小 60 μm 以上． 此外，对比两条曲线的 倾斜程度可以发现施加超声后晶粒大小沿铸锭径向分 布也更加均匀． 根据前面的模拟结果，空化效应主要发生在辐射 杆端面下方 36 mm 内的小范围区域内，热顶半连续铸 造过程中，上部是由热顶保温的高温过热铝熔体，在距 离自由液面 136 mm 范围内，铝熔体并未开始形核，即 使超声空化能足以造成瞬时局部过冷，但由于热顶内 过热高温铝熔体向上的强烈紊流也会融化已经产生的 晶核，所以可以近似认为是超声的声流作用对其宏观 流场与温度场的耦合作用影响铝熔体的凝固过程． 这 种耦合作用使晶粒均匀、细化的具体表现为: ( 1) 强烈 图 12 有无超声晶粒尺寸对比图 Fig． 12 Grain size distribution of the two ingots 的紊流抑制枝晶臂的生长，打碎正在长大的树枝晶，形 成新的晶核，使树枝晶向等轴晶转变; ( 2) 搅拌作用有 利于传热传质，提高了铸锭的平均结晶速度，使铸锭组 织更加细小、均匀． ·1276·