连续与脉冲超声对ZL205A合金熔体细化作用区域及机制的研究

发布时间：2020-06-21 17:52

【摘要】：ZL205A合金由于高强、高韧等优良特性,已成为航空航天领域重要的结构材料之一。超声场处理金属熔体是改善铸件凝固组织,增强材料力学性能的有效方法。本文采用连续、脉冲超声对铝合金熔体进行处理,研究不同连续、脉冲超声功率对ZL205A合金微观组织及显微硬度的影响,分析连续与脉冲超声下ZL205A合金熔体细化作用区域,探讨细化作用机制,结果表明:1、在连续超声施振条件下,随着超声功率的增加,ZL205A合金晶粒尺寸逐渐减小,0mm处组织晶粒尺寸在1500W时相对于未施加超声降低56.7%左右,而显微硬度呈波浪形态,先出现轻微的下降,然后随着功率提高显微硬度开始上升,达到顶点后又开始下降;在相同功率条件下,随着纵区深度的增加,ZL205A合金晶粒尺寸呈上升趋势,显微硬度呈V形曲线即先减小后增大。2、在脉冲超声施振条件下,随着脉冲超声功率的增加,ZL205A合金试样晶粒尺寸逐渐变小,纵区深度0mm处脉冲超声功率1800W时平均晶粒尺寸最小,可达120μm左右,而显微硬度随着功率增加基本呈现波浪形态;在相同功率条件下,随着纵区深度的增加,ZL205A合金晶粒尺寸逐渐增加,而ZL205A合金显微硬度呈V形曲线,在纵深0mm、200mm处合金显微硬度呈现最大值。3、在连续、脉冲超声施振条件下,得到ZL205A合金晶粒尺寸-超声功率-纵区深度在功率600W~1800W条件下的拟合图形,显微硬度H-超声功率p-纵区深度在功率范围内的拟合图形,并得出晶粒尺寸、显微硬度的拟合公式。4、对于连续超声实际有效细晶区域,在600W时各纵区深度晶粒虽有所细化但效果并不明显。在900W下,有效作用范围可达50mm;在1200W时细化有效范围就能达到150mm。继续提高连续超声功率,细化效果有所提高。对于脉冲超声实际有效细晶区域,在900W下,有效作用范围可达50mm;在1500W时细化有效范围能达到100mm。而在纵深100mm、150mm处,各功率下晶粒细化程度基本都不满足有效区域判据。继续提高超声功率,细化程度提升并不明显。在1500W时连续超声细化效果高于脉冲超声约15%。本文研究所得超声场对铝合金熔体细化、作用纵区的影响规律,可为超声熔体细化铝合金组织提供理论指导,超声有效区域将为超声设备研制、施振铸件尺寸设计及不同部位受力设计提供参考。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG292
【图文】：

二元合金相图,二元合金相图

材料及设备材料用重力铸造，将金属液浇注到覆膜砂铸型中进行施振。浇金，牌号为 ZALCu5MnCdVA，其成分表 2-1 所示。表 2-1 ZL205A 合金的主要化学成分（Wt.%）Cu Mn Ti Cd V Zr .6~5.3 0.3~0.5 0.15~0.35 0.15~0.25 0.05~0.3 0.05~0.2 A 为二系 Al-Cu 系合金，该金属具备高强、高韧等特点，并性能和耐腐蚀等综合性能，适用生产大型承重结构件，并材代替钢材和以铸造代替锻压而获得大量应用。二元合金

静置,造型材料,变幅杆,驱动电源

试验所用其他材料见表 2-2。表 2-2 其他材料项目材料名称生产厂家造型材料覆膜砂湖南省长沙市南托造型材料有限公司精炼剂六氯乙烷天津市鼎盛鑫化工有限公司涂料水玻璃+水+ZnO /隔热垫石棉垫 /2.1.2 实验设备（1）超声振动装置大功率超声金属熔体处理系统见下图 2-2，主要由超声波驱动电源、换能器、变幅杆、工具头、航插连接线组成。1）超声波驱动电源输出功率：功率档位 600W~2000W，连续可调；输出频率：19.8±0.5kHz；2）超声振动系统：压电陶瓷换能器；40 铬钢三级变幅杆；钛合金工具杆

【参考文献】