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直接冷铸机中熔融铝中的超声晶粒细化问题

关于底盘处理导致钢坯和板坯无微缝隙的文章。

博客 Sialon 陶瓷

作者:Nico van Dongen MBA

超声波晶粒细化。

直接冷铸是最常见的半连续方法,用于制造有色金属,特别是铝、铜、镁金属和合金的矩形或圆柱形铸锭。该工艺使用一个底部开放的水冷模具。熔化的金属被倒入模具,外层凝固后形成模具的形状,同时将熔化的金属保留在其中心。当钢锭从模具中出来时,水被直接喷洒在钢锭表面,完成凝固过程。

中心线隔离

在直流铸造中,中心线偏析(宏观偏析)是一个关键问题。在这一区域,可能会出现与名义合金成分的重大差异,导致机械性能的巨大变化。涉及到各种机制。这些机制包括对流、收缩引起的流动、晶粒沉淀和固体晶体的积累。整体的宏观析出模式取决于这些机制的相对贡献。

直到最近,超声熔融处理对中心线偏析的影响还没有被充分探讨。一般来说,超声空化和声流有助于参与中心线偏析的各种元素的重新分布,当然也会削弱它,但不一定能消除它。

采用固定频率技术的传统超声波处理的一个重要问题是形成驻波,这被认为会阻碍中心线偏析的消除。为了克服这个问题,我们最近开发了多频率超声波处理。这消除了驻波,可以在工业规模上消除中心线偏析。

"直接冷铸的一个重要好处是,凝固发生在一个狭窄的层中,在宏观层面上相对容易控制。然而,还有一些重大问题需要克服,特别是在微观分离和晶粒结构方面。管理这些现象的一种方法是在凝固过程中使用超声波处理。该过程涉及将一个或多个声纳杆引入熔体,而超声波能量为脱气、减少微分离和细化晶粒结构提供了明显的好处"

Nico van Dongen, 项目经理 超声波脱气、微合金化和晶粒细化。

熔融铝中的超声脱气。

气孔是铝铸件的一个重要缺陷。气孔会降低机械性能,包括抗疲劳性。当气体浓度超过其在金属中的溶解度时,就会出现气孔。在铝中,主要的气体是氢气。这是由液态金属和大气中的水蒸气之间的化学反应形成的,产生氧化铝和氢气。氢气在液体中的溶解度比在固体中的溶解度大,因此在凝固过程中会从液体中析出,形成孔隙。因此,为了获得高质量的铸件,必须在熔融金属凝固之前将溶解的氢气去除。

虽然有各种方法可以实现这一点,但熔融铝中的超声波脱气有许多优点,包括其相对较低的成本和最小的环境影响。该过程涉及将超声波引入熔体。主要是,当超声波在熔体中传播时,会产生空化气泡。溶解的气体然后扩散到这些气泡中,这些气泡上升到表面并逃到环境中。

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超声波晶粒细化

理想情况下,最好是采用非枝状细晶粒结构,其中晶粒是等轴的(在所有方向上尺寸相等)。这样的结构可以减少收缩和热撕裂,同时提供更均匀的二次相和微孔分布。总体结果是改善了机械性能。

许多晶粒细化的方法被采用,其共同目的是通过异质成核增加晶核的数量。

熔融铝中的超声晶粒细化,涉及到将频率高于17kHz的声波引入熔体,诱发压缩和膨胀波,从而形成空穴;这种现象被称为空化现象。当空穴塌陷时,会发生强烈的加热,导致局部的高压区。空化的影响包括异质成核、空化辅助的破碎和晶粒增殖、树枝状物的运输和强烈的混合。

超声波能量对晶粒细化的影响关键取决于应用超声波能量的频率和振幅。