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显微疏松是铝合金铸锭的主要缺陷之一,其不仅影响铸锭的机械性能,而且会增加铸锭的初始疲劳裂纹。铸锭中的显微疏松形成主要有两个原因:液体凝固收缩和氢扩散。本文主要以7050铝合金超声铸造为切入点,旨在通过外场来抑制铸锭中显微疏松的形成,主要研究内容有以下几方面:
1、通过数值模拟,研究了氢浓度,枝晶臂间距以及超声场对7050铸锭中显微疏松的影响规律。当7050铝熔体中氢浓度小于0.12cm3/100g时,铸锭中显微疏松主要是由熔体凝固收缩后补缩不足引起的,此时,枝晶臂间距对铸锭中显微疏松影响将会成为主导因素。
2、通过7050铝合金超声铸造试验,初步获得了超声振动对枝晶臂间距和显微疏松的影响规律。当超声功率为240W时作用效果最好,一次枝晶臂间距和二次枝晶臂间距分别减小了58.1％和73.2％,铸锭横向位置处显微疏松百分比减少了14.3％～47.9％,中心位置处显微疏松百分比降幅为29.3％～44.1％。超声振动减少显微疏松的形成是除气和晶粒细化共同作用的结果,其中超声除气对抑制显微疏松起主导作用,此外,工具杆下方的声流效应显著,对促进液体补缩抑制中心疏松的形成起了积极作用。
3、通过对工具杆端面下的声压计算,低频高功率超声波极大了增加了超声在熔体中空化深度和广度,距离工具杆端面大概150mm处声压才会降低到1.6Mpa(空化阈值)。15kHz超声振动系统在液体中作用的效果比201kHz的振动系统强烈,高功率超声处理的铸锭的组织更加致密,声流效应更加显著。当超声功率为2600W,频率为15kHz时,一次平均枝晶臂间距减小到150μm,而二次枝晶臂间距也降低到了60μm,分别减小了66.7％和79.3％。铸锭横截面部分区域己难以观察到二次枝晶臂。铸锭中微疏松的形成得到了进一步抑制,铸锭中横截面处显微疏松百分比减少了30.4％～56.3％,中心显微疏松减少了31.1％～53.3％。
4、通过对工具杆端面的优化,研究了三种不同端面的工具杆对7050铝合金铸锭中显微疏松形成的影响,实验结果表明,平端面工具杆的轴向声强最大,且有明显的声流现象,抑制中心显微疏松形成的效果最好,然而在横向位置处,采用球端面工具杆施振效果较好,整个横截面显微疏松分布较均匀。虽然圆锥端面工具杆的作用范围最大,但其声强效果最弱,衰减最快,抑制显微疏松形成的效果最差。