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超声波对喷射成形沉积坯质量的影响

作　者: 于成超
导　师: 李荣德；曲迎东
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 超声波沉积坯细化晶粒热处理
分类号: TF124.39
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

喷射沉积技术具有冷却速度高、材料的氧化程度小等诸多优越性,是一种极具竞争力的快速凝固工艺;喷射成形采用气体进行雾化且冷速很高,使得部分气相随液滴凝固而滞留于沉积坯中,故沉积坯都可能存在孔洞;对于沉积坯质量要求高的合金材料,沉积坯中晶粒尺寸可能仍略显粗大。为此本文研制了一种喷射成形超声波振荡装置,其原理是在沉积器底部导入超声波,利用超声波振荡改善孔洞缺陷、细化晶粒,进而改善沉积坯的质量。本文研究了不同超声波功率参数条件下沉积坯组织变化情况。通过试验发现,合适的超声波功率会有效改善喷射成形沉积坯的质量,然而过大的超声波功率不利于沉积坯质量的改善。随着超声功率从500W提高到1500W时,晶粒细化,孔洞减小,沉积坯的质量得到了很好的改善。当超声波功率为1500W时,沉积坯致密度达到最大,气孔得到很大程度上的改善;当超声功率持续增大到2000W时,由于热效应作用明显,细化作用减弱。本文又同时研究了不同超声波处理时间作用下沉积坯组织变化情况。通过试验发现,随着超声处理时间从1s增加到2s时,沉积坯内部的孔洞改善的效果越明显;当超声波处理时间为2s时,沉积坯致密度值达到最大,孔洞得到最大程度上的改善。然而超声波处理时间持续增加到3s时会严重降低沉积坯的质量。此外本文在喷射超声波振荡制备Al-Si合金沉积坯的基础上,通过选用优化的热处理工艺参数对其进行热处理。热处理后能够显著提高沉积坯的质量,与未施加超声波制备Al-Si合金相比,机械性能有明显提高。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题的研究背景及意义  10-11
  1.2 喷射成形沉积过程国内外研究现状  11-15
  1.3 功率超声技术在国内外的发展  15-17
    1.3.1 超声波细化金属凝固组织消除空洞的机制  15
    1.3.2 功率超声在金属凝固过程中的应用  15-17
第二章实验材料和实验方法  17-22
  2.1 实验材料  17
  2.2 实验仪器及设备  17-20
    2.2.1 熔炼设备  17
    2.2.2 喷射成形设备  17-18
    2.2.3 超声波振动装置  18-19
    2.2.4 图像分析设备  19-20
  2.3 实验方法  20-22
    2.3.1 喷射成形工艺中导入超声波制备铝硅合金  20-21
    2.3.2 热处理工艺  21-22
第三章喷射成形沉积坯超声振动装置研制  22-34
  3.1 超声振动装置的选型及连接方法  23-28
    3.1.1 超声换能器的选型及连接方法  23-26
    3.1.2 超声波发生器的选型  26-28
  3.2 喷射沉积超声振动装置整体设计  28-32
    3.2.1 喷射沉积超声振荡装置的沉积器设计  30-32
  3.3 本章小结  32-34
第四章超声波对喷射成形沉积坯微观组织的影响  34-43
  4.1 不同超声功率作用下沉积坯的微观组织  34-38
    4.1.1 超声波作用下沉积坯组织特征  34-35
    4.1.2 不同超声功率作用下沉积坯组织变化规律  35-36
    4.1.3 不同超声功率作用下沉积坯组织改善机理分析  36-38
  4.2 不同超声波处理时间对沉积坯气孔的影响  38-42
    4.2.1 超声波处理时间的选取  38-39
    4.2.2 不同超声波处理时间作用下沉积坯组织变化规律  39-42
  4.3 本章小结  42-43
第五章热处理对喷射成形沉积坯组织的影响  43-50
  5.1 喷射成形Al-Si合金热处理组织分析  43-49
    5.1.1 热处理工艺的选择  43-44
    5.1.2 固溶处理时间对沉积坯合金组织的影响  44-47
    5.1.3 施加超声波AI-Si合金热处理后组织分析  47-48
    5.1.4 固溶+时效处理对沉积坯合金组织性能的影响  48-49
  5.2 本章小结  49-50
第六章结论  50-51
参考文献  51-53
在学研究成果  53-54
致谢  54

超声波对喷射成形沉积坯质量的影响

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