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超聲外場對不同溫控狀態下ZL205A鋁合金凝固規律的影響

商兵 蔣日鵬 李曉謙 李瑞卿 張昀 張立華

商兵, 蔣日鵬, 李曉謙, 李瑞卿, 張昀, 張立華. 超聲外場對不同溫控狀態下ZL205A鋁合金凝固規律的影響[J]. 工程科學學報, 2019, 41(8): 1007-1015. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.006
引用本文: 商兵, 蔣日鵬, 李曉謙, 李瑞卿, 張昀, 張立華. 超聲外場對不同溫控狀態下ZL205A鋁合金凝固規律的影響[J]. 工程科學學報, 2019, 41(8): 1007-1015. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.006
SHANG Bing, JIANG Ri-peng, LI Xiao-qian, LI Rui-qing, ZHANG Yun, ZHANG Li-hua. Effect of ultrasonic outfield on solidification rules of ZL205A aluminum alloy under different temperature-control states[J]. Chinese Journal of Engineering, 2019, 41(8): 1007-1015. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.006
Citation: SHANG Bing, JIANG Ri-peng, LI Xiao-qian, LI Rui-qing, ZHANG Yun, ZHANG Li-hua. Effect of ultrasonic outfield on solidification rules of ZL205A aluminum alloy under different temperature-control states[J]. Chinese Journal of Engineering, 2019, 41(8): 1007-1015. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.006

超聲外場對不同溫控狀態下ZL205A鋁合金凝固規律的影響

doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.006
基金項目: 

國家自然科學基金資助項目 51575539

湖南省自然科學基金資助項目 2017JJ3391

湖南省科技重大專項資助項目 2016GK1004

詳細信息
    通訊作者:

    蔣日鵬, E-mail: jiangripeng@163.com

  • 中圖分類號: TG249.9

Effect of ultrasonic outfield on solidification rules of ZL205A aluminum alloy under different temperature-control states

More Information
  • 摘要: 采用不同的超聲外場處理熔體工藝, 研究了其對鑄錠質量的作用機理與改善效果. 針對保溫(750℃)和空冷(從750℃空冷7 min 10 s至約650℃)兩種不同溫控狀態下的ZL205A鋁合金熔體, 分別進行相同參數的超聲場處理, 研究超聲場對凝固組織的影響規律, 并利用力學拉伸實驗進行驗證. 研究結果表明: 在保溫狀態下對熔體施加超聲處理, 具有較好的除氣與改善第二相組織分布的效果; 在空冷狀態下施加超聲處理則可以消除集中縮孔, 顯著細化晶粒; 當在保溫和空冷條件下全程采用超聲處理, 鑄錠內部質量的改善效果最佳. 力學性能的測試結果與鑄錠凝固組織的變化規律具有一致性, 驗證了上述結論. 綜上, 對不同溫控狀態下的熔體施加超聲處理, 對熔體凝固過程的影響不同, 對鑄錠內部質量的改善效果也各有側重.

     

  • 圖  1  實驗裝置示意圖

    Figure  1.  A schematic diagram of the experimental device

    圖  2  鑄錠內部宏觀形貌圖. (a) 1#鑄錠; (b) 2#鑄錠; (c) 3#鑄錠; (d) 4#鑄錠

    Figure  2.  Macroscopic morphology of as-cast ingot: (a) 1# ingot; (b) 2# ingot; (c) 3# ingot; (d) 4# ingot

    圖  3  晶粒組織及平均直徑. (a) 1#鑄錠; (b) 2#鑄錠; (c) 3#鑄錠; (d) 4#鑄錠; (e) 晶粒平均直徑柱狀圖

    Figure  3.  Structures and average diameter of grain: (a) 1# ingot; (b) 2# ingot; (c) 3# ingot; (d) 4# ingot; (e) the histogram of average grain sizes

    圖  4  氣孔等級柱狀圖

    Figure  4.  Histogram of porosity distribution

    圖  5  超聲波除氣原理示意圖. (a) 空化泡體積膨脹; (b) 吸氫成為氣泡; (c) 氫氣逸出

    Figure  5.  Schematic illustration of ultrasonic degassing: (a) volume expansion of cavitation bubble; (b) hydrogen absorption as bubbles; (c) hydrogen evolution

    圖  6  鑄錠組織微觀形貌及第二相組織占比圖. (a) 1#鑄錠; (b) 2#鑄錠; (c) 3#鑄錠; (d) 4#鑄錠; (e) 第二相組織占全圖面積比例柱狀圖

    Figure  6.  Micromorphology of ingot structure and proportion of second phase structure area: (a) 1# ingot; (b) 2# ingot; (c) 3# ingot; (d) 4# ingot; (e) second phase organization accounts for the total area ratio of the histogram

    圖  7  普通共晶組織和粗大共晶組織掃描電鏡形貌和能譜圖. (a) 普通共晶組織; (b) 普通共晶組織能譜; (c)粗大共晶組織; (d) 粗大共晶組織能譜

    Figure  7.  SEM morphology and EDS spectra of common second-phase and coarse copolymer structures: (a) ordinary eutectic structure; (b) EDS spectrum of common eutectic structure; (c) coarse eutectic structure; (d) gross eutectic EDS spectrum

    圖  8  力學拉伸實驗結果. (a) 平均抗拉強度和平均屈服強度柱狀圖; (b) 平均延伸率柱狀圖

    Figure  8.  Mechanical tensile test results: (a) histogram of average tensile strength and average yield strength; (b) average elongation histogram

    圖  9  拉伸斷口微觀組織形貌. (a) 1#鑄錠; (b) 2#鑄錠; (c) 3#鑄錠; (d) 4#鑄錠

    Figure  9.  Fracture morphology of tensile parts: (a) 1# ingot; (b) 2# ingot; (c) 3# ingot; (d) 4# ingot

    表  1  實驗用ZL205A鋁合金材料成分(質量分數)

    Table  1.   Aluminum alloy composition of ZL205A in experiment ?%

    Cu Mn Ti Cd V Zr Zn Al
    4.9 0.48 0.2 0.19 0.12 0.08 0.08 余量
    下載: 導出CSV

    表  2  鑄錠處理工藝對照表

    Table  2.   Comparison of experimental samples

    鑄錠編號 超聲預處理 空冷超聲處理
    1#
    2# 時長20 min
    3# 時長6 min
    4# 時長20 min 時長6 min
    下載: 導出CSV
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  • 加載中
圖(9) / 表(2)
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  • 收稿日期:  2018-07-16
  • 刊出日期:  2019-08-01

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