CN103894570A

CN103894570A - 一种用于铝合金超声净化除气的动态施振方法

Info

Publication number: CN103894570A
Application number: CN201310525122.8A
Authority: CN
Inventors: 李晓谦; 蒋日鹏; 张立华; 陈铭; 张雪
Original assignee: Central South University
Current assignee: Hunan Zhongchuang Kongtian New Material Co., Ltd
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: CN103894570B

Abstract

本发明公开了一种用于铝合金超声净化除气的动态施振方法，在一定功率（功率P=170～240W）下每间隔一定时间（间隔时间Δt=20～30S）区间对铝合金熔体施加一段时间（作用时间t=55～65s）超声波作用，如此循环作用5～10次。本发明是一种净化除气效率高，提高力学性能，消减裂纹，能满足高纯度铝合金大规格铸锭铸造要求的超声净化除气动态施振方法。

Description

一种用于铝合金超声净化除气的动态施振方法

技术领域

超声波应用技术，金属纯净化技术。

背景技术

现代航天航空、交通运载、信息产业等高技术领域，特别是国家重大工程规划的重要高技术装备，不仅对铝合金性能提出了愈来愈高的要求，而且要求采用大型整体构件以减轻结构重量，提高装备的刚度和有效性。随着不同领域对铝材性能要求日益提高，高性能铝材的制备是铝工业持续发展面临的一个迫切问题。高强铝合金综合性能低，大规格铝材铸锭不能合格制备生产，造成高性能铝材严重短缺。其中气孔是铝合金铸锭中的最主要缺陷之一，它的产生会大大降低材料的机械强度和力学性能。气孔是由于气体在铝合金熔体的凝固过程中溶解其中产生的，而氢气是能够略溶于铝合金中的最主要气体。因此控制铝合金熔体中氢的含量对于产生无气孔和无缩孔的高性能铝合金至关重要。

超声除气从原理上一般分为三个阶段：（1）在空化核基础上空化气泡的形成过程和空化气泡的长大过程；（2）多个空化气泡汇聚成大气泡的过程；（3）大气泡漂浮至熔体表面逸出的过程。目前传统的超声施振方式为静态连续振动（指超声连续作用于铝熔体一段时间t≥5min,中间不存在间隔时间即间隔时间Δt=0s），通过相关理论和实验分析，传统超声施振方式会造成部分大气泡在上浮至熔体表面过程中受持续振动冲击作用而破碎，在一定程度上影响了超声除气效率，不能满足高纯度铝合金铸造的要求。传统施振超声除气过程如图1所示，除气的过程中传振杆1一直处于连续振动状态。在超声作用下，模具3中的铝熔体2中的“薄弱点”形成空化核，空化核在交替变化的声压作用下形成空化气泡4，空化泡在“表面效应”和“壳层效应”作用下脉动长大，较大的空化气泡之间在微声流作用下相互汇聚形成大的气泡，气泡在熔体浮力作用下排出熔体表面。然而由于传振杆连续振动而产生的声压幅力作用，会对一些上浮中的大气泡施加冲击波作用，从而使这些气泡振碎为小气泡（如图2所示），这些小的气泡由于所受浮力作用不够难以上浮至液面。这就在一定程度上影响了超声除气效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种净化除气效率高，提高力学性能，消减裂纹，能满足高纯度铝合金大规格铸锭铸造的要求的用于铝合金超声净化除气的动态施振方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的用于铝合金超声净化除气的动态施振方法，其特征是：在一定的超声波作用功率（功率P=170～240W）下，每间隔一定时间（间隔时间Δt=20～30s）区间对铝合金熔体施加一段时间（多少时间？作用时间t=55～65s）超声作用，如此循环作用5～10次。

采用上述技术方案的用于铝合金超声净化除气的动态施振方法，是采用动态间歇性施振，即相对于静态连续性施振（传统的施振方式）而言的，在一定功率下每间隔一定时间(间隔时间Δt=20~30s)区间对铝合金熔体施加一段时间超声作用，如此循环作用。即超声振动作用一段时间后，间隔一定时间停止振动，然后再继续施加超声振动，如此反复下去。超声作用一段时间后，在熔体中生成大量的空化核，空化核长大成空化气泡，空化泡间汇聚成大气泡，此阶段的作用效果同传统施振超声除气。在终止振动作用的一定间隔时间内，熔体中的大气泡获得了充分的在铝熔体中上浮运动的时间，同时气泡在上升过程中没有再受到声压辐射冲击的作用，保证之前超声作用下汇聚结合生成的大气泡保持充分完整，从而最终尽可能多的排出熔体表面，这样在一定程度上替高了超声除气效率。停止超声振动一定时间后，接着继续施加超声振动，可以继续维持空化、声流过程，从而产生好的除气作用，保持一个持续的超声除气作用。

本发明的优点是：采用动态的超声施振方式，进一步提高了超声除气的作用效率，适用于大规格铝合金铸锭的半连续铸造及连续铸造，是一种集超声波技术，金属纯净化凝固技术、振动技术于一体的综合性方法，具有广泛推广应用价值。

附图说明

图1是传统施振超声除气示意图。

图2是传统施振超声除气气泡振碎示意图。

图3是动态施振超声除气第一次振动示意图。

图4是动态施振超声除气停止振动示意图。

图5是动态施振超声除气第二次振动示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明采用动态间歇性施振，即相对于静态连续性施振（传统的施振方式）而言的，间隔Δt=20～30S对铝合金熔体施加一段时间超声作用，如此循环作用。动态施振超声除气过程如图3、图4和图5所示，超声振动作用一段时间后，间隔一定时间停止振动，然后再继续施加超声振动，如此反复下去。如图3所示，传振杆1超声作用一段时间后，模具3中的铝熔体2中生成大量的空化核，空化核长大成空化气泡4，空化泡间汇聚成大气泡，此阶段的作用效果同传统施振超声除气（图1所示）。如图4所示，在终止振动作用的一定间隔时间内，熔体中的大气泡获得了充分的在铝熔体中上浮运动的时间，同时气泡在上升过程中没有再受到声压辐射冲击的作用，保证之前超声作用下汇聚结合生成的大气泡保持充分完整，从而最终尽可能多的排出熔体表面，这样在一定程度上替高了超声除气效率。如图5所示，停止超声振动一定时间后，接着继续施加超声振动，可以继续维持空化、声流过程，从而产生好的除气作用，保持一个持续的超声除气作用。

实施例：进行了相关的试验操作。试验选用五个功率档位105W、135W、170W、200W、240W的他激式超声波发生器。使用的超声振动系统包括压电陶瓷式换能器，设计频率为20kHz；45#钢变幅杆及钛合金工具杆。其它辅助设备：电阻丝加热炉；石墨坩埚，外形尺寸为

；热电偶；位移操作台；HYSCANⅡ测氢仪。

在超声波的有效作用功率P=170～240W下,每间隔Δt=20～30s）对铝合金熔体施加一段时间（作用时间t=55~65s）超声波作用，如此循环作用5～10次。

试验结论：在超声波的有效作用功率为P=170~240W的实验条件下，对比了二种施振方式的除气效率，均发现动态施振的除气效率高于常规静态施振作用，提高了8%~12%。

Claims

1.一种用于铝合金超声净化除气的动态施振方法，其特征是：在一定超声波作用功率（功率P=170～240W）下每间隔一定时间（间隔时间Δt=20～30s）区间对铝合金熔体施加一段时间（作用时间t=55～65s）超声作用，如此循环作用5～10次。