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在直接冷卻連鑄機中對鋁液進行超聲波晶粒細化

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關於油底殼內處理導致鋼坯和板坯沒有微偏析的文章。

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作者：Nico van Dongen MBA

超聲波晶粒細化：

直接冷卻鑄造 是最常見的半連續方法，用於製造有色金屬的矩形或圓柱形鑄錠，特別是鋁、銅、鎂金屬和合金。該工藝使用底部開口的水冷模具。熔融金屬被倒入模具中，外層凝固成模具的形狀，同時將熔融金屬保留在其中心。當鑄錠從模具中出來時，水直接噴洒在鑄錠表面，完成凝固過程。

中心線偏析

在直流鑄造中，中心線偏析（宏觀偏析）是一個關鍵問題。在該區域，可能會發生與標稱合金成分的顯著差異，從而導致機械性能的顯著變化。涉及各種機制。這些包括對流、收縮誘導流動、晶粒沉降和固體晶體的積累。總體宏觀隔離模式取決於這些機制的相對貢獻。

直到最近，超聲波熔體處理對中心線偏析的影響還沒有得到充分探索。通常，超聲波空化和聲流有助於中心線偏析中涉及的各種元素的重新分佈，並且肯定會削弱它，但不一定消除它。

使用固定頻率技術進行傳統超聲處理的一個重大問題是形成駐波，這被認為可以防止消除中心線偏析。為了克服這個問題，我們最近開發了多頻超聲波治療。這消除了駐波，並可以在工業規模上消除中心線偏析。

“直接冷澆注的一個顯著好處是凝固發生在狹窄的層中，並且在宏觀層面上相對容易控制。然而，仍有一些重大問題需要克服，特別是在微偏析和晶粒結構方面。管理這些現象的一種方法是在凝固過程中使用超聲波處理。該過程涉及將一種或多種焊頭引入熔體中，超聲波能量為脫氣、微偏析還原和晶粒結構細化提供了顯著的好處。

Nico van Dongen，超聲波脫氣、微合金化和晶粒細化項目經理。

鋁液中的超聲波脫氣。

氣孔率是鋁鑄件的一個關鍵缺陷。孔隙率會降低機械性能，包括抗疲勞性。當氣體濃度超過其在金屬中的溶解度時，就會發生這種情況。在鋁中，主要氣體是氫氣。這是由液態金屬和大氣中的水蒸氣之間的化學反應形成的，產生氧化鋁和氫氣。氫氣在液體中的溶解度高於在固體中的溶解度，因此在凝固過程中會從液體中析出，從而產生孔隙率。因此，為了實現高品質的鑄造，必須在熔融金屬凝固之前從熔融金屬中去除溶解的氫。

雖然有多種方法可以實現這一目標，但鋁液中的 超聲波脫氣 具有許多優點，包括成本相對較低和對環境的影響最小。該過程涉及將超聲波引入熔體中。首先，當超聲波在熔體中傳播時，會產生空化氣泡。然後溶解的氣體擴散到這些氣泡中，這些氣泡上升到地表並逃逸到環境中。

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超聲波晶粒細化

理想情況下，優選非樹枝狀細晶粒結構，其中晶粒等軸（在所有方向上尺寸相等）。這種結構減少了收縮和熱撕裂，同時提供了更均勻的次級相分佈和微孔隙率。總體結果是改善了機械性能。

採用許多晶 粒細化 方法，其共同目標是通過非均相成核增加晶核數量。

熔 融鋁中的超聲波晶粒細化，包括將頻率高於 17 kHz 的聲波引入熔體中，引起壓縮波和膨脹波，從而形成空腔;這種現象稱為空化。當空腔坍塌時，會發生強烈的加熱，從而產生局部高壓區。空化的影響包括非均相成核、空化輔助碎裂和晶粒倍增、枝晶傳遞和強烈混合。

超聲波能量對晶粒細化的影響在很大程度上取決於施加超聲波能量的頻率和振幅。