D0L:10.13374M.issn1001-053x.2012.06.010 第34卷第6期 北京科技大学学报 Vol.34 No.6 2012年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2012 超声铸造7050铝合金的微观组织和宏观偏析规律 陈鼎欣 李晓谦黎正华蒋日鹏 中南大学机电工程学院现代复杂装备设计与极端制造教有部重点实验室，长沙410012 通信作者，Emai:w198613@163.com 摘要采用不同功率超声对铝熔体进行处理，研究超声场对7050铝合金凝固组织和宏观偏析的影响规律.结果表明：超声 振动产生的空化效应和声流效应影响熔体的凝固过程，合理功率的超声能有效细化晶粒、优化组织及改善宏观溶质分布.当 超声功率达到170W时，铸锭径向宏观偏析的弱化效果最好，Zm、Mg和Cu的偏析指数分别为0.0593、0.0565和0.0319：超声 功率超过170W,溶质元素在中心区域富集量显著提高，宏观偏析程度增大. 关键词铝合金：铸造：超声应用：偏析：微观组织：空化：声流 分类号TG249.7:TG146.2 Microstructure and macro-segregation law of ultrasonic cast 7050 aluminum al- loy ingots CHEN Ding-xin,LI Xiao-qian,LI Zheng-hua,JIANG Ri-peng Key Laboratory of Modern Complex Equipment Design and Manufacturingof the Ministry of Education,College of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University,Changsha 410012,China Corresponding author,E-mail:vv198613@163.com ABSTRACT Ultrasonic vibration effects on the microstructure and macro-segregation of 7050 aluminum alloy were investigated by adopting various ultrasonic powers to the aluminum melt.It is found that cavitation effect and acoustic streaming effect,caused by ul- trasonic vibration,play a major role in the solidification process.A reasonable ultrasonic power can obviously refine the grains,opti- mize the microstructure,and improve the homogeneity of solute elements.The maximum decrease of the macro-segregation level occurs at the power of 170 W,and the segregation index values of Zn,Mg,and Cu are 0.0593,0.0565,and 0.0319,respectively.Excee- ding the power of 170W,the rich level of solute elements in the ingot center enhances greatly and the macro-segregation level increases. KEY WORDS aluminum alloys:casting:ultrasonic applications:segregation:microstructure:cavitation:acoustic streaming 7050铝合金是一种高强高韧型铝合金，常用于 质量，对制备大规格高性能铸造铝合金具有重要 宇宙飞船和大型飞机等航空器械大型主体机构的制 意义 造.由于其合金含量高，在铸造过程中容易产生严 许多学者对改变铸造工艺参数优化组织结构 重的宏观偏析.宏观偏析的出现不仅对铸锭的性能 和控制宏观偏析方面进行了研究.近年来，超 有不良的影响，而且增加了铸锭产生热裂的倾向，限 声外场作为一种优化铸造结构的绿色环保的手段 制了铸锭的生产能力四.与微观偏析不同，宏观偏 得到广泛关注.然而对于超声作用于凝固过程中 析不能通过后续的热处理消除，因此如何在初始加 改善铸锭宏观溶质元素分布效果与规律的研究还 工过程中减小其程度显得尤为重要.同时，在铝合 很有限.本文的目的是系统地研究超声场对铸锭 金铸造过程中，形成良好的晶粒结构以及均匀的形 微观组织和宏观偏析的影响，探讨通过控制超声 态分布是提高铝合金的后续机械加工性能的必要条 作用强度改善铝合金铸造组织、弱化宏观偏析的 件.成分和组织结构的分布影响材料的成型和成性 规律，为大规格高性能铝合金铸锭的生产制备提 收稿日期：201105-20 基金项目：国家重点基础研究发展规划资助项目(2010CB731706)第 34 卷 第 6 期 2012 年 6 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 6 Jun． 2012 超声铸造 7050 铝合金的微观组织和宏观偏析规律 陈鼎欣 李晓谦 黎正华 蒋日鹏 中南大学机电工程学院现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室，长沙 410012 通信作者，E-mail: vv198613@ 163． com 摘 要 采用不同功率超声对铝熔体进行处理，研究超声场对 7050 铝合金凝固组织和宏观偏析的影响规律． 结果表明: 超声 振动产生的空化效应和声流效应影响熔体的凝固过程，合理功率的超声能有效细化晶粒、优化组织及改善宏观溶质分布． 当 超声功率达到 170 W 时，铸锭径向宏观偏析的弱化效果最好，Zn、Mg 和 Cu 的偏析指数分别为 0. 059 3、0. 056 5 和 0. 031 9; 超声 功率超过 170 W，溶质元素在中心区域富集量显著提高，宏观偏析程度增大． 关键词 铝合金; 铸造; 超声应用; 偏析; 微观组织; 空化; 声流 分类号 TG249. 7; TG146. 2 Microstructure and macro-segregation law of ultrasonic cast 7050 aluminum al￾loy ingots CHEN Ding-xin ，LI Xiao-qian，LI Zheng-hua，JIANG Ri-peng Key Laboratory of Modern Complex Equipment Design and Manufacturingof the Ministry of Education，College of Mechanical and Electrical Engineering， Central South University，Changsha 410012，China Corresponding author，E-mail: vv198613@ 163． com ABSTRACT Ultrasonic vibration effects on the microstructure and macro-segregation of 7050 aluminum alloy were investigated by adopting various ultrasonic powers to the aluminum melt． It is found that cavitation effect and acoustic streaming effect，caused by ul￾trasonic vibration，play a major role in the solidification process． A reasonable ultrasonic power can obviously refine the grains，opti￾mize the microstructure，and improve the homogeneity of solute elements． The maximum decrease of the macro-segregation level occurs at the power of 170 W，and the segregation index values of Zn，Mg，and Cu are 0. 059 3，0. 056 5，and 0. 031 9，respectively． Excee￾ding the power of 170 W，the rich level of solute elements in the ingot center enhances greatly and the macro-segregation level increases． KEY WORDS aluminum alloys; casting; ultrasonic applications; segregation; microstructure; cavitation; acoustic streaming 收稿日期: 2011--05--20 基金项目: 国家重点基础研究发展规划资助项目( 2010CB731706) 7050 铝合金是一种高强高韧型铝合金，常用于 宇宙飞船和大型飞机等航空器械大型主体机构的制 造． 由于其合金含量高，在铸造过程中容易产生严 重的宏观偏析． 宏观偏析的出现不仅对铸锭的性能 有不良的影响，而且增加了铸锭产生热裂的倾向，限 制了铸锭的生产能力［1］． 与微观偏析不同，宏观偏 析不能通过后续的热处理消除，因此如何在初始加 工过程中减小其程度显得尤为重要． 同时，在铝合 金铸造过程中，形成良好的晶粒结构以及均匀的形 态分布是提高铝合金的后续机械加工性能的必要条 件． 成分和组织结构的分布影响材料的成型和成性 质量，对制备大规格高性能铸造铝合金具有重要 意义． 许多学者对改变铸造工艺参数优化组织结构 和控制宏观偏析方面进行了研究［2--4］． 近年来，超 声外场作为一种优化铸造结构的绿色环保的手段 得到广泛关注． 然而对于超声作用于凝固过程中 改善铸锭宏观溶质元素分布效果与规律的研究还 很有限． 本文的目的是系统地研究超声场对铸锭 微观组织和宏观偏析的影响，探讨通过控制超声 作用强度改善铝合金铸造组织、弱化宏观偏析的 规律，为大规格高性能铝合金铸锭的生产制备提 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.06.010