设计了三种材质的超声波辐射器,并通过模态分析优化设计尺寸。同时,开展铝合金超声铸造实验测试了三种辐射器对熔体的耐腐蚀性和对凝固组织的细化效果。结果表明：当Ⅰ型钛合金、Ⅱ型钛合金、石墨辐射器的尺寸分别为134、132、74 mm时,它们与振动系统匹配最好;三种辐射器对铸锭组织均有细化效果,其中,Ⅱ型钛合金辐射器抗腐蚀性强,疲劳强度高,能够长时间连续工作,并具有稳定的细晶效果,可以应用于铝合金半连铸工艺。

对于有超声引入的铝合金大型锭坯半连铸过程,建立了声场、流场和温度场耦合的数学模型,合理地考虑了凝固过程不同状态铝合金的动力粘度和湍动粘度以及边界条件,并利用有限体积软件FLUENT求解得到了三维声场、流场和温度场分布.模拟结果显示,声场对流场和温度场影响很大.若超声振动的工艺参数设置合理,可使流场规模显著增加,有效地促进传热、传质和晶核弥散：可使温度场分布更加均匀,凝固前沿的温度梯度显著减小,对枝状晶向等轴晶转变有极大的促进作用.