为了提高金属凝固组织的等轴晶比例,基于“晶体游离”、“枝晶熔断”、“结晶雨”等理论,提出了振动激发金属液形核技术设想。在金属凝固过程中,将带有冷却装置的棒体插入金属液中,并不断地通入循环冷却介质。由于冷却作用,在金属液中凝固壳首先出现在棒体表面。利用机械振动的作用,将棒体表面的凝固壳破碎,并被不断地弹射到金属液中,成为等轴晶形成和孕育长大的核心。为完成本论文,作了以下工作:1)组装了晶核发射器;为获得实验过程中的温度界面及温度数据编写了PCI9113卡的程序。2)以低熔点金属锌为研究对象,利用晶核发射器对不同过热度、不同冷却介质条件下金属液进行处理,观察振动及冷却对凝固组织的影响。3)以低熔点金属锌为研究对象,在相同过热度冷却条件下对金属液进行振动处理和非振动处理,观察棒体表面晶粒游离及坯壳生长现象。4)以铁素体不锈钢为研究对象,观察振动及冷却对凝固组织的影响。5)以生铁为研究对象,利用计算机及镍铬镍硅热电偶,采集棒体表面、底部及出气口温度,观察晶核发射器工作过程中传热特点,初步揭示了棒体表面晶体游离机理。6)利用传热计算,设计以水为冷却介质的晶核发射器。通过以上实验及计算,发现经晶核发射器处理后的金属锌凝固组织内部等轴晶比例明显提高,等轴晶比例达到了80%以上;其中气冷条件下要比水冷条件下好,并随着处理时间的增加,等轴晶比例变大;证明并观察到了棒体表面晶粒的游离现象;由于振动的作用,棒体表面坯壳质量由500g减少到了68g;观察了铁素体不锈钢凝固组织,由于水冷和振动的作用,等轴晶比例可达80%以上;采集、观察到了晶核发射器关键部位在工作过程中的温度特点,并计算其热流及形核速率;采集了不同气体流量下晶核发射器关键部位在工作过程中的温度特点,并计算即时的棒体表面温度,得出单位时间内形成直径100μm的晶核3.28×10~6个;观察了棒体表面结壳现象;通过传热计算,设计了水冷条件下晶核发射器。通过对整个论文的总结,初步认识了振动激发形核技术的基本机理,主要有以下几个方面:1,通过高频振动,将棒体表面形成的凝固组织连续不断地弹射到金属液中,成为等轴晶长大和孕育的基底;2,由于金属液表面温度相对于其内部较低,因此表面可以在凝固初期首先形成“结晶雨”组织。由于振动可以导致液体表面波动,这样就可以使这些凝固组织下落到金属液中,使其成为等轴晶长大和孕育的基底;3,由于晶核发射器是一种带有冷却系统的装置。因此,在对金属液处理过程中,可以加快金属液凝固,有利于等轴晶的形成;4,由于晶核发射器振动作用,引起金属液的扰动、流动,可以破碎枝晶,提高等轴晶的比例;5,金属液的对流也有利于型壁表面等轴晶粒的游离,这些游离晶的出现可以作为等轴晶长大和孕育的基底,其结果是增加凝固组织中等轴晶的比例。