一種用于鋁合金超聲凈化除氣的動態(tài)施振方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于鋁合金超聲凈化除氣的動態(tài)施振方法，在一定功率（功率P=170～240W）下每間隔一定時間（間隔時間Δt=20～30S）區(qū)間對鋁合金熔體施加一段時間（作用時間t=55～65s）超聲波作用，如此循環(huán)作用5～10次。本發(fā)明是一種凈化除氣效率高，提高力學(xué)性能，消減裂紋，能滿足高純度鋁合金大規(guī)格鑄錠鑄造要求的超聲凈化除氣動態(tài)施振方法。
【專利說明】一種用于鋁合金超聲凈化除氣的動態(tài)施振方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]超 聲波應(yīng)用技術(shù)，金屬純凈化技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代航天航空、交通運載、信息產(chǎn)業(yè)等高【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是國家重大工程規(guī)劃的重要高技術(shù)裝備，不僅對鋁合金性能提出了愈來愈高的要求，而且要求采用大型整體構(gòu)件以減輕結(jié)構(gòu)重量，提高裝備的剛度和有效性。隨著不同領(lǐng)域?qū)︿X材性能要求日益提高，高性能鋁材的制備是鋁工業(yè)持續(xù)發(fā)展面臨的一個迫切問題。高強(qiáng)鋁合金綜合性能低，大規(guī)格鋁材鑄錠不能合格制備生產(chǎn)，造成高性能鋁材嚴(yán)重短缺。其中氣孔是鋁合金鑄錠中的最主要缺陷之一，它的產(chǎn)生會大大降低材料的機(jī)械強(qiáng)度和力學(xué)性能。氣孔是由于氣體在鋁合金熔體的凝固過程中溶解其中產(chǎn)生的，而氫氣是能夠略溶于鋁合金中的最主要氣體。因此控制鋁合金熔體中氫的含量對于產(chǎn)生無氣孔和無縮孔的高性能鋁合金至關(guān)重要。
[0003]超聲除氣從原理上一般分為三個階段:(I)在空化核基礎(chǔ)上空化氣泡的形成過程和空化氣泡的長大過程；(2)多個空化氣泡匯聚成大氣泡的過程；(3)大氣泡漂浮至熔體表面逸出的過程。目前傳統(tǒng)的超聲施振方式為靜態(tài)連續(xù)振動(指超聲連續(xù)作用于鋁熔體一段時間t ^ 5min,中間不存在間隔時間即間隔時間At=Os),通過相關(guān)理論和實驗分析，傳統(tǒng)超聲施振方式會造成部分大氣泡在上浮至熔體表面過程中受持續(xù)振動沖擊作用而破碎，在一定程度上影響了超聲除氣效率，不能滿足高純度鋁合金鑄造的要求。傳統(tǒng)施振超聲除氣過程如圖1所示，除氣的過程中傳振桿I 一直處于連續(xù)振動狀態(tài)。在超聲作用下，模具3中的鋁熔體2中的“薄弱點”形成空化核，空化核在交替變化的聲壓作用下形成空化氣泡4，空化泡在“表面效應(yīng)”和“殼層效應(yīng)”作用下脈動長大,較大的空化氣泡之間在微聲流作用下相互匯聚形成大的氣泡，氣泡在熔體浮力作用下排出熔體表面。然而由于傳振桿連續(xù)振動而產(chǎn)生的聲壓幅力作用，會對一些上浮中的大氣泡施加沖擊波作用，從而使這些氣泡振碎為小氣泡(如圖2所示)，這些小的氣泡由于所受浮力作用不夠難以上浮至液面。這就在一定程度上影響了超聲除氣效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種凈化除氣效率高，提高力學(xué)性能，消減裂紋，能滿足高純度鋁合金大規(guī)格鑄錠鑄造的要求的用于鋁合金超聲凈化除氣的動態(tài)施振方法。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的用于鋁合金超聲凈化除氣的動態(tài)施振方法，其特征是:在一定的超聲波作用功率(功率P=170~240W)下，每間隔一定時間(間隔時間At=20~30s)區(qū)間對鋁合金熔體施加一段時間(多少時間？作用時間t=55~65s)超聲作用，如此循環(huán)作用5~10次。
[0006]采用上述技術(shù)方案的用于鋁合金超聲凈化除氣的動態(tài)施振方法，是采用動態(tài)間歇性施振，即相對于靜態(tài)連續(xù)性施振(傳統(tǒng)的施振方式)而言的，在一定功率下每間隔一定時間(間隔時間At=2(T30s)區(qū)間對鋁合金熔體施加一段時間超聲作用，如此循環(huán)作用。即超聲振動作用一段時間后，間隔一定時間停止振動，然后再繼續(xù)施加超聲振動，如此反復(fù)下去。超聲作用一段時間后，在熔體中生成大量的空化核，空化核長大成空化氣泡，空化泡間匯聚成大氣泡，此階段的作用效果同傳統(tǒng)施振超聲除氣。在終止振動作用的一定間隔時間內(nèi)，熔體中的大氣泡獲得了充分的在鋁熔體中上浮運動的時間，同時氣泡在上升過程中沒有再受到聲壓輻射沖擊的作用，保證之前超聲作用下匯聚結(jié)合生成的大氣泡保持充分完整，從而最終盡可能多的排出熔體表面，這樣在一定程度上替高了超聲除氣效率。停止超聲振動一定時間后，接著繼續(xù)施加超聲振動，可以繼續(xù)維持空化、聲流過程，從而產(chǎn)生好的除氣作用，保持一個持續(xù)的超聲除氣作用。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點是:采用動態(tài)的超聲施振方式，進(jìn)一步提高了超聲除氣的作用效率，適用于大規(guī)格鋁合金鑄錠的半連續(xù)鑄造及連續(xù)鑄造，是一種集超聲波技術(shù)，金屬純凈化凝固技術(shù)、振動技術(shù)于一體的綜合性方法，具有廣泛推廣應(yīng)用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是傳統(tǒng)施振超聲除氣示意圖。
[0009]圖2是傳統(tǒng)施振超聲除氣氣泡振碎不意圖。
[0010]圖3是動態(tài)施振超聲除氣第一次振動示意圖。
[0011]圖4是動態(tài)施振超聲除氣停止振動示意圖。
[0012]圖5是動態(tài)施振超聲除氣第二次振動示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0014]本發(fā)明采用動態(tài)間歇性施振，即相對于靜態(tài)連續(xù)性施振(傳統(tǒng)的施振方式)而言的，間隔Λ t=20?30S對鋁合金熔體施加一段時間超聲作用，如此循環(huán)作用。動態(tài)施振超聲除氣過程如圖3、圖4和圖5所示，超聲振動作用一段時間后，間隔一定時間停止振動，然后再繼續(xù)施加超聲振動，如此反復(fù)下去。如圖3所示，傳振桿I超聲作用一段時間后，模具3中的鋁熔體2中生成大量的空化核，空化核長大成空化氣泡4，空化泡間匯聚成大氣泡，此階段的作用效果同傳統(tǒng)施振超聲除氣(圖1所示)。如圖4所示，在終止振動作用的一定間隔時間內(nèi)，熔體中的大氣泡獲得了充分的在鋁熔體中上浮運動的時間，同時氣泡在上升過程中沒有再受到聲壓輻射沖擊的作用，保證之前超聲作用下匯聚結(jié)合生成的大氣泡保持充分完整，從而最終盡可能多的排出熔體表面，這樣在一定程度上替高了超聲除氣效率。如圖5所示，停止超聲振動一定時間后，接著繼續(xù)施加超聲振動，可以繼續(xù)維持空化、聲流過程，從而產(chǎn)生好的除氣作用，保持一個持續(xù)的超聲除氣作用。
[0015]實施例:進(jìn)行了相關(guān)的試驗操作。試驗選用五個功率檔位105W、135W、170W、200W、240W的他激式超聲波發(fā)生器。使用的超聲振動系統(tǒng)包括壓電陶瓷式換能器，設(shè)計頻率為20kHz ;45#鋼變幅桿及鈦合金工具桿。其它輔助設(shè)備:電阻絲加熱爐；石墨坩堝，外形尺寸為鉺70nnix200nnixl8mm ;熱電偶；位移操作臺；HYSCAN II測氫儀。
[0016]在超聲波的有效作用功率P=170?240W下，每間隔Λ t=20?30s)對鋁合金熔體施加一段時間(作用時間t=55飛5s)超聲波作用，如此循環(huán)作用5?10次。[0017]試驗結(jié)論:在超 聲波的有效作用功率為P=17(T240W的實驗條件下，對比了二種施振方式的除氣效率，均發(fā)現(xiàn)動態(tài)施振的除氣效率高于常規(guī)靜態(tài)施振作用，提高了 8%~12%。
【權(quán)利要求】
1.一種用于鋁合金超聲凈化除氣的動態(tài)施振方法，其特征是:在一定超聲波作用功率(功率P=170~240W)下每間隔一定時間(間隔時間Λ t=20~30s)區(qū)間對鋁合金熔體施加一段時間(作用時間t=55~6 5s)超聲作用，如此循環(huán)作用5~10次。
【文檔編號】B22D11/114GK103894570SQ201310525122
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】李曉謙, 蔣日鵬, 張立華, 陳銘, 張雪 申請人:中南大學(xué)