發(fā)布時間：2020-11-02 18:04

　　 超聲凝固技術是在液態(tài)金屬凝固過程中通過對金屬熔體施加超聲波來細化凝固組織、改善產品性能的一種新方法。傳統的超聲波導入方式是將超聲波導波桿直接插入液態(tài)金屬中。但是對于鋼鐵材料,處理溫度一般都在1600℃以上,很難找到合適的導波材料。這就影響了超聲波在鋼鐵材料中的應用。為了解決這一難題,本文設計了“非接觸”超聲波導入裝置,即在鋼錠模側部或底部引入超聲波,觀察其對鋼錠凝固質量的影響。本文首先采用水模擬實驗的方式,研究了超聲波側部引入對結晶器內流場的影響;在此基礎上進行了熱模擬實驗,并以GCr15軸承鋼、9Cr2Mo合金工具鋼為研究對象,探討了從鋼錠模側部、底部引入超聲波對鋼凝固組織和元素偏析的影響,并得到了以下研究結果。(1)水模型實驗發(fā)現:未加超聲處理時,結晶器流場在橫向以及縱向上的均勻度都較差,隨著功率的增加,流場逐漸向模型的橫向及縱向穩(wěn)步擴散,流場中心相對深度先增加后降低。超聲功率400W時的流場較300W時有顯著改善,超聲處理功率500W時,流場相對深度為0.56,且流場無論在縱向還是橫向上分布都較為均勻。超聲功率700W、1000W時,流場中心相對深度分別為0.46、0.45,流場深度較淺,結晶器中的夾雜物沒有足夠的時間上浮去除,同時還會造成液面波動,甚至引起卷渣。(2)在GCr15鋼凝固過程中從鑄模側壁引入超聲波處理,研究發(fā)現:超聲波能顯著改善鋼錠的凝固組織,消除粗大的柱狀晶,細化晶粒,均勻組織。施加不同功率超聲波,其超聲處理效果不同,隨著超聲功率的增加,對晶粒、組織的優(yōu)化效果越明顯,超聲波功率300~500 W時,其對鋼液的處理效果最優(yōu),超聲功率大于500 W后,超聲處理效果變差。超聲波處理能夠有效抑制GCr15軸承鋼C、Si、Mn在鋼中的偏析,對Cr元素的偏析抑制作用不明顯。鋼液經超聲處理后,在超聲非線性效應作用下,可顯著細化GCr15鋼中的碳化物尺寸,并使碳化物均勻分布。超聲功率300 W時,鋼中碳化物分布均勻,碳化物尺寸為2.96μm。(3)針對9Cr2Mo鋼,分別設計了電渣重熔過程中從結晶器側部及底部導入超聲波的方式。側部導入方法發(fā)現:經超聲波處理后,鋼中各個元素偏析度減小,均勻度增大,同時致密度升高,相同功率下各個元素分布的改善效果不同,即不同元素對超聲波功率的敏感度不同,C、Si元素在超聲500W的時候偏析度較小且均勻度較大,而Mn元素在超聲300W時偏析度較小且均勻度較大,Cr元素在700W時偏析度較小且均勻度較大。結合致密度分析,超聲波功率在500W時,各個元素分布相對均勻,偏析度相對較小,且均勻度較大,致密度最高。(4)在電渣重熔過程采用底部引入不同功率超聲波處理9Cr2Mo合金工具鋼,合適的超聲波功率下,鋼中C、Si、Mn、Cr元素偏析度減小,均勻度和致密度增大,元素的分布趨于均勻。500W時,各個元素偏析度最小,均勻度和致密度最大,凝固組織中各個元素分布最為均勻,此功率下C、Si、Mn、Cr最小偏析度分別為0.0596、0.025、0.0464和0.0373,均勻度分別為0.9261、0.9793、0.9173和0.6334,最大的致密為0.968。相對于側部導入方式,500W時,底部導入時元素分布更趨于均勻,致密度也較大。(5)研究成果證實,采用超聲波“非接觸式”導入方式處理鋼液,合適的超聲功率作用下能有效改善鋼錠的凝固組織,使得鋼錠的晶粒得以細化,同時鋼中主要元素偏析度減小,溶質元素分布變得均勻。
【學位單位】：安徽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：TF777
【部分圖文】：

圖 1-1 不同功率處理后高碳鋼中的總氧含量；otal oxygen content in high carbon steel after different processing p圖 1-2 不同超聲波功率處理后高碳鋼中夾雜物的數量和尺寸 in high carbon steel after different ultrasonic power to deal with thsize

圖 1-2 不同超聲波功率處理后高碳鋼中夾雜物的數量和尺寸n in high carbon steel after different ultrasonic power to deal with the nusize人在實驗室中采用高密度聚乙烯模擬夾雜物，用水模擬鋼液，的熔體，實驗對經超聲波處理后熔體中夾雜進行定量分析，研中的夾雜物，并認為對于含氣量較低熔體，夾雜物去除的主要作用加速了夾雜物粒子的碰撞機率，最終團聚上浮得以去除；，超聲空化泡生產-長大-崩潰的過程實現了對夾雜物的捕捉是人在超聲波處理高溫鋼液過程進行吹氬處理，超聲波從頂部直為超聲波處理前輔助吹氬處理能有效的去除鋼中的 Al2O3夾雜時 T[O]降低。人研究了超聲波作用下鋼錠內 Al2O3夾雜物的分布，實驗在電

從頂部引入超聲波，研究證實，合適的超聲波處理后鋼中氧化鋁夾雜物尺寸減小，經超聲波處理后，鋼中 Al2O3夾雜物的分布變得均勻，但如果超聲波功率過大，物的尺寸反而變大，同時在夾雜物在邊部凝集嚴重。4.2 超聲波去除鋼中的氣體大連理工大學石婷[18]等人使用 600W 功率超聲波處理 A356 合金，超聲波采用頂入的導入方式，超聲工具頭材質為不銹鋼，研究了不同超聲波處理時間下合金中氣去除效果。實驗結果表明，超聲波處理后，合金內部氣孔明顯減少，超聲處理 ，熔體內部基本上沒有針孔缺陷存在。實驗還對試樣的致密度進行統計，得出隨著波處理時間的增加，試樣的致密度隨之增加，120s 的超聲波處理后，試樣致密度8，相比未施加超聲波處理時致密度 2.02，除氣率達到 73.33%；增加超聲處理時間至 240s 時，試樣致密度略有增加，但增幅不明顯。石婷等人認為超聲波在熔體中產生的空化效應和聲流效應是熔體內部氣體得以去除的主要原因。
【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 周亞璋;;提取胰島素時的超聲波處理效果[J];生化藥物雜志;1986年04期

2 ;超聲波處理廢水[J];重慶環(huán)境保護;1986年06期

3 黃森;;超聲波處理茶種試驗[J];茶葉;1959年03期

4 陸紹焜;;超聲波的幾個性質的分析及其應用[J];物理通報;1960年05期

5 Т.А.Го■uтuбэе;余明瞻;;超聲波處理錳礦泥的浮選[J];國外金屬礦選礦;1974年01期

6 王文潛;;稀有金屬精礦精選流程中用超聲波處理取代酸浸的可能性[J];國外金屬礦選礦;1974年06期

7 孫國鳳;;超聲波處理促進酶反應[J];生物技術通報;1988年11期

8 牛勇;任金蓮;王志剛;程存弟;;超聲波殺傷黃曲霉菌的研究[J];陜西師大學報(自然科學版);1990年03期

9 ;超聲波在食品行業(yè)的利用[J];應用科技;1998年07期

10 林敏敏;;超聲波振動拉絲[J];上海金屬.有色分冊;1981年03期

相關博士學位論文 前1條

1 張艾萍;污垢和超聲波對場協同的影響及除垢效果評價研究[D];華北電力大學;2013年

相關碩士學位論文 前10條

1 申遠;超聲波對紅酒理化指標影響及其機理初探[D];陜西師范大學;2015年

2 李倩;多頻超聲波對紅薯淀粉結構與性質的影響研究[D];天津科技大學;2013年

3 陳家軻;超聲波對鋁合金組織和性能的影響[D];清華大學;2015年

4 朱巧巧;超聲波處理對錐栗淀粉性質的影響及多孔淀粉的制備[D];福建農林大學;2015年

5 蒙李朋;非接觸式超聲波處理對金屬凝固偏析的影響研究[D];安徽工業(yè)大學;2016年

6 申遠;超聲波對紅酒理化指標影響及其機理初探[D];陜西師范大學;2015年

7 閆坤;超聲波對乳品輔助殺菌及改性技術的研究[D];中國農業(yè)科學院;2010年

8 蘇蘋;棒式超聲波退漿技術研究[D];東華大學;2013年

9 朱少娟;超聲波加速胰蛋白酶反應及其機理的探討[D];江南大學;2004年

10 許韓山;超聲波對速凍毛豆仁品質的影響研究[D];江南大學;2008年

本文編號：2867379