超声波对AlTiC细化剂的活化机理研究

　　随着铝铝合金材料的广泛应用和飞速发展，尤其是在航空航天领域内的应用，对其在后续深加工工艺的加工性、材料的机械性能以及铝合金铸锭的裂纹倾向都提出了更为严格的要求，而控制其组织和性能的关键因素之一是熔铸出细小均匀的等轴晶组织[1-2].

　　目前工业上广泛应用的晶粒细化剂主要是AlTiB和AlTiC.相对于AlTiC，AlTiB中间合金的抗时间衰减性能 差;同时，TiB2粒子易被Zr，Cr，Mn等原子“毒化”，使其失去对含有以上元素的铝合金的细化能力[3]，而本实验所用的铝合金为7050铝合金.为了避免硼化物的中毒现象，因此采用AlTiC作为7050铝合金的细化剂.

　　自20世纪中叶，许多学者研究发现在合金的凝固过程中施加振动能改善材料的微观组织结构，提高材料的机械性能.随着高功率超声波发生器的出现，超声波已经应用于铸造实践.近年来，国内外已有学者[4-5]针对超声波能活化细化剂的特点，做了相应的研究.

　　结果表明：超声波的空化和声流效应能够加速AlTiC细化剂中TiAl3相的溶解并改变其微观结构，使其从粗大、块状的形态向细小均匀、针状的形态转变，同时超声波还能提高TiC粒子与铝熔液的润湿.本研究在现有研究的基础上，针对晶粒中存在的细晶和粗晶，探究超声波对细化剂的活化作用.

　　1　实验材料与方法

　　实验材料包括：超声波发生器(输出功率可手动调节，功率范围为700～1300W;谐振频率随负载变化而自动跟踪，频率范围为17～21kH)、电阻加热炉、铁坩埚(外形尺寸为Φ130mm×200mm×5mm)、温度控制记录仪、位移操作台、热电偶、leica台式金相显微镜、EPMA电子探针扫描仪.

　　实验所用的7050铝合金成分配比(质量分数)如 下：Zn　6.56%，Mg　2.37%，Cu　2.6%，Zr0.10%，Fe　0.09%，Si　0.06%，Ti　0.02%，其余为Al.

　　将一定量的7050铝合金放入石墨黏土坩埚中，在电阻炉熔化并升温到750℃，保温一段时间，铝熔液表面除渣后，加入质量分数分别为0.5%和1.0%的AlTiC细化剂并充分搅拌，随后对熔体进行超声处理，超声振动的施振频率、施振功率和时间分别为19±0.5kHz，600W，10min，同时通过调节支架位置确保超声变幅杆的工具杆头处于坩埚内铝液的中心位置，并使其插入深度保持在1～20mm.施振后将坩埚移至炉外在空气中冷却，直至完全凝固.

　　实验装置如图1所示.

　　实验所得的铸锭高度约为170mm，铸锭之间的高度偏差值小于8mm.将实验获得的铸锭进行样品切割，样品位于铸锭上表面以下70mm处横截面的圆心位置，尺寸为10mm×10mm×15mm，对样品上表面进行打磨、抛光，观察样品表面的微观形貌并分析其组成成分.