超声波振动对Al-8.0%Cu合金抗裂性的影响

　　近年来,随着超声波技术的不断发展,超声波在金属凝固方面得到了广泛的应用[1-4]。在轻金属凝固过程中引入超声波振动,使凝固铸锭晶粒细化、组织均匀,金属宏观及微观偏析均得到改善[5-7]。热裂是影响铸件品质的铸造缺陷之一,一直以来是铸造工作者关注的热点。减轻铸件的热裂倾向对提高铸件质量有很大帮助[8-12]。

　　因此,以A-l 810%Cu合金为对象,利用超声波对A-l 810%Cu合金熔体进行处理,在不同的温度条件下进行浇注,并测定合金受阻收缩在热节部位产生第一个热裂时的临界力及温度,以临界力衡量合金的热裂倾向,并与没有进行超声波处理的试样相比较,对比有无超声波处理的熔体凝固后试样热裂倾向的大小,研究超声波对A-l 810%Cu合金热裂倾向性的影响,并观察试样的热裂断口及宏观和微观组织。

　　1 试验方法

　　1.1 超声波振动处理装置

　　超声波振动处理装置与以前报道中的相同[13-14],由超声波发生器(最大输出功率150W、频率25kHz)、换能器、变幅杆、超声波探头、热裂倾向仪、WYJ-Q1型直流稳压电源、ZSX无纸自动记录仪、探头移动机构等组成。

　　1.2 试验过程

　　试验所用的铝合金均采用99.7%工业纯铝铸锭与各种母合金铸锭熔配而成。装入5#石墨坩埚,熔化使用井式电阻炉,熔化过程中进行两次充分的搅拌。浇注前用除气剂进行除气处理,然后对金属熔体施加超声波振动,取出探头后将熔体浇入热裂试样的砂型中。分别测出热裂发生时温度和抗裂力值的大小,观察试样的宏观和微观组织,并对热裂断口进行扫描。试验装置如图1所示。宏观和微观组织的观察位置如图2中的竖线所示。

　　1.3 试验条件

　　超声波处理开始温度为TUST1=TL+50°C(其中TL为A-l 810% Cu合金的液相线温度,等于633.13°C);浇注温度分别为TP1=TL+30°C和TP2=TL+10°C,这期间为超声波处理温度区间。为了对比超声波的影响效果,在同样条件下,浇注出未经超声波处理的试样。

　　2 试验结果与讨论

　　2.1 宏观组织的观察

　　图3为超声波对A-l 810%Cu合金热裂试样宏观组织的影响。可以看出,未经超声波处理的试样晶粒尺寸较粗大,而经超声波处理后,试样中存在有较多的细小等轴晶,越趋向试样的右端其细化效果越明显。另外,超声处理时间较长的图3(g)、图3(h)、图3(i)一组,细化效果比前两者变得更为明显。

　　2.2 宏观断口的观察

　　图4为热裂断口宏观观察。可以看到,图4(a)和图4(b)中,完整的柱状晶被拉断后呈现出散乱分布的状态,随着超声波处理时间的延长,热裂断口逐渐变为细小的等轴晶,杂乱分布的柱状晶观察不到。