超声波处理对过共晶Al-20%Si合金组织的影响

　　过共晶Al-Si合金由于其良好的耐磨性和低热膨胀性，主要可应用于汽缸盖、活塞、变速器壳、配气管、传动装置等零件，其应用前景广泛[1-2]。通常情况下，过共晶Al-Si合金凝固组织中含有不同数量的初晶硅，一般呈粗大的板片状、多角形状或者五瓣星状。并且，随着Si含量的提高，板片状所占的比例也越来越高，这显著地降低了过共晶Al-Si合金的力学性能和切削加工性能[3]。因此，减小初晶硅的尺寸、改善初晶硅的形貌和分布成为提高过共晶Al-Si合金力学性能和切削加工性能的重要途径。目前对过共晶Al-Si合金中初晶硅细化的方法主要采用赤磷及磷的化合物和含磷中间合金等进行变质处理[4]，其他方法还有快速凝固[5]和电磁搅拌技术[6-7]，以改变初晶硅的生长条件和生长方式，得到细化且分布均匀的初晶硅，从而有效地提高过共晶Al-Si合金的性能。超声波处理是一种新型的熔体处理方法和技术，通过向熔体中直接导入超声波处理，液体金属受到周期性交变声场的作用，产生空化效应和声流效应，两者共同作用能够显著地改善合金凝固过程和组织、细化晶粒、提高合金化学成分的均匀性，同时还能清除熔体中的气体和杂质[8-11]。

　　本文以Al-20% Si合金为对象，着重研究超声波导入熔体的温度、处理时间和超声波的输出功率等因素对 Al-20% Si合金组织中初晶硅的形貌和分布的影响。

　　1 实验材料及方法

　　实验材料为工业Al-20% Si合金。将Al-20% Si温度并保温10min，将预热到600℃的超声波导入杆插入到金属熔体液面以下20mm的位置进行超声波处理。

　　超声波处理装置是由超声波发生器、超声波换能器、变幅杆及导入杆组成，其最大输出功率为1500W，且为连续可变式，频率为20kHz。

　　对熔体的超声波处理实验分为3组进行:

　　1)超声波输出功率控制为1200W，分别在合金熔体温度为620、640、660和680℃时候导入超声波进行处理，处理时间控制为40s;

　　2)超声波导入合金熔体的温度控制为660℃ ，分别在300、600、900和1200W不同的输出功率下对熔体导入超声波进行处理，处理时间控制为40s;

　　3) 超声波导入合金熔体时的温度控制为660℃，输出功率均控制为1200W，处理时间分别控制为20、40、60和80s。

　　超声波处理后立刻将合金浆料浇注入内径Φ50mm的石墨模中空冷。 对以上3组实验所得到的铝硅合金试样，从中间切开，在相同位置取金相试样，分别磨平、抛光，然后用体积分数为0.5%的氢氟酸水溶液腐蚀，在金相显微镜下观察和分析不同条件下试样的微观组织。

　　2 试验结果和分析