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(jìn)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(jìn)行了振動測試，基于比值校正法對振動序列進(jìn)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行了估計。分別進(jìn)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(jìn)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(jìn)行了鋁合金超聲鑄造試驗，取

4、鑄錠截面二分之一進(jìn)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(kuò)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