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铝硅合金在熔炼过程中产生的氢的含量对凝固后的组织以及性能有着重要的影响,主要表现在铸锭的气孔、疏松情况、密度大小以及强度等几个方面。而超声处理对铝合金对改善合金的组织、内部气孔、力学性能都有一定的作用。由于熔体的高温限制无法直接观察超声对合金作用,因此通过Matlab软件求解KM-poly tropic方程,从超声频率、超声功率两个角度对Al-Si合金熔体中空化泡的生长过程进行数值模拟,并对Al-Si合金进行不同时间和功率的超声处理,结合模拟数据和实验结果分别对超声作用下组织细化机理、除气机理以及力学性能的变化规律展开分析。进一步地利用稀土元素(Ce、La)对铝硅合金进行改性,确定最佳的工艺配方。(1)数值模拟结果表明,在超声频率为20kHz-40kHz的范围内,超声频率越低,空化效果越好,空化泡长大的效率越高,因此选用的超声频率为20kHz;当施加的超声功率范围为300W-600W时,发生稳态空化效应,超声功率为700W-800W时,发生瞬态空化效应。对铝硅合金施加不同功率(300W-800W)的超声处理,实验结果表明,在300W-500W的时候合金的除气率逐渐增大,在500W的时候密度提高1.47%,除气率为73.6%;而在700W-800W的时候密度和除气率逐渐下降。这说明稳态空化效应有利于空化泡与氢气结合逸出熔体从而起到除气作用;瞬态空化效应不利于除气,表明该气泡空化模型对铝硅合金的除气起到有效的指导作用。(2)在20kHz的条件下,对铝硅合金施加不同超声时间(0-240s)和功率(0-800W)的处理,并对其微观组织进行观察,发现超声处理能明显细化初生硅,其尺寸随着超声功率的增大呈先减小后增大的趋势。当超声功率为500W、时间为150s的时候,细化效果最好,平均长宽比为1.26,其形状由多角块状向圆整颗粒状转变。但超声处理对铝硅合金的共晶组织无明显改善作用。(3)研究了不同超声处理时间和功率对合金力学性能的影响,在600W、150s时力学性能最佳,抗拉强度为198.4,提高了27.1%,延伸率提高了3.1%,这是因为超声处理细化并改变了初生硅的形貌,降低熔体中气体的含量,减少合金内部缺陷,从而提了力学性能。(4)超声波与稀土(Ce、La)协同作用时,超声功率为600W,稀土含量为0.2%时,合金的力学性能要优于任何一种单一处理方法下的力学性能,且La的改善作用要优于Ce,其抗拉强度分别为205.9MPa、209.7MPa,较只施加超声处理的试样提高了3.68%、5.59%。(5)超声细化初生硅、除气的最佳工艺参数是:超声频率为20kHz,超声时间为150s,超声功率为500W;提升力学性能的最佳的工艺参数是:稀土La含量为0.2%,超声频率为20kHz,超声时间为150s,超声功率为600W。