超聲輻射桿縱橫振動對鋁熔體空化及細(xì)晶區(qū)域影響.pdf

1、在鋁合金超聲鑄造過程中，超聲振動系統(tǒng)輻射桿與金屬熔體接觸并向熔體傳遞超聲，其振動特性將直接影響熔體中聲場分布及空化區(qū)域，進而對凝固組織細(xì)化產(chǎn)生影響。本文主要針對超聲輻射桿縱向與橫向振動對熔體空化與凝固組織細(xì)化影響，開展下列研究:
　　1.采用激光測距儀對鑄造用超聲振動系統(tǒng)輻射桿進行了振動測試，基于比值校正法對振動序列進行幅值譜校正后得到超聲輻射桿端面與側(cè)面的振幅分布。測試結(jié)果表明:超聲振動系統(tǒng)輻射桿以縱向振動為主，輻射桿側(cè)面存在較

2、強橫向振動，最大振動幅值約為端面縱振幅值1/2。
　　2.基于ANSYS對超聲振動系統(tǒng)進行了動力學(xué)仿真，通過模態(tài)分析與諧響應(yīng)分析對振動測試結(jié)果進行了討論。建立了流體區(qū)域有限元模型，對不同超聲施振深度下水及鋁熔體中聲壓場進行了有限元仿真，得到了超聲輻射桿端面與側(cè)面近場區(qū)域聲壓幅值分布。仿真結(jié)果表明:超聲輻射桿縱向與橫向振動分別在端面與側(cè)面產(chǎn)生聲輻射區(qū)，在鋁熔體中側(cè)面最大聲壓幅值約為端面聲壓幅值1/3。
　　3.分析了流體介質(zhì)空

3、化閾值的影響因素，結(jié)合聲壓場仿真結(jié)果對不同超聲施振深度下水及鋁熔體中空化區(qū)域進行了估計。分別進行了水中鋁箔空蝕試驗以及鋁熔體中輻射桿空蝕試驗，對空化區(qū)域估計進行了驗證，獲得超聲輻射桿縱橫振動下流體介質(zhì)空化區(qū)域大小與分布特征。結(jié)果表明:超聲輻射桿縱向與橫向振動均能使鋁熔體產(chǎn)生空化，隨著施振深度增加，鋁熔體中輻射桿端面與側(cè)面空化區(qū)域隨之增大。
　　4.對超聲施振深度為10mm，40mm與70mm三種不同工況進行了鋁合金超聲鑄造試驗，取

4、鑄錠截面二分之一進行全區(qū)域取樣分析，得到了鑄錠截面等軸晶與樹枝晶分布區(qū)域。試驗結(jié)果表明:不同超聲施振深度下，輻射桿端面以下區(qū)域均能得到細(xì)小等軸晶;施振深度為40mm與70mm時，輻射桿端面上方區(qū)域凝固組織也能得到有效細(xì)化;施振深度為70mm時，鑄錠晶粒細(xì)化區(qū)域最大。分析表明超聲輻射桿側(cè)面橫向振動能夠擴大端面以上有效細(xì)晶區(qū)域。
　　上述研究，初步分析了超聲輻射桿縱橫振動對鋁熔體空化與細(xì)晶區(qū)域影響，這對鑄造用超聲振動系統(tǒng)輻射桿設(shè)計以及