【摘 要】
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在生产高质量的纯铝及铝合金的过程中,通常通过细化晶粒来控制铸锭组织,从而获取优质铝锭。应用较多的细化剂有Al-Ti-C系和Al-Ti-B系两种,相比于Al-Ti-B,Al-Ti-C细化剂细化性能更佳。然而,Al/C界面润湿和TiC的合成问题成为Al-Ti-C中间合金细化剂制备过程中的技术难题。本文对超声作用下Al/C界面润湿与铺展行为进行模拟,根据模拟结果,采用声直接耦合法探究超声耦合下Al/C界
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在生产高质量的纯铝及铝合金的过程中,通常通过细化晶粒来控制铸锭组织,从而获取优质铝锭。应用较多的细化剂有Al-Ti-C系和Al-Ti-B系两种,相比于Al-Ti-B,Al-Ti-C细化剂细化性能更佳。然而,Al/C界面润湿和TiC的合成问题成为Al-Ti-C中间合金细化剂制备过程中的技术难题。本文对超声作用下Al/C界面润湿与铺展行为进行模拟,根据模拟结果,采用声直接耦合法探究超声耦合下Al/C界面润湿及反应行为,结合实验过程中遇到的设备问题,完成20kHz超声振动系统的设计,并对其进行模态分析。（1）基于FLUENT流体力学软件对铝熔体在超声作用下的润湿与铺展行为进行模拟,发现超声可以加快铝熔体的润湿及铺展速度,施加超声后,熔体内部压强值显著增大,正负压交替出现,压强值随时间呈正弦变化。（2）采用声直接耦合法探究超声作用下Al/C界面润湿及反应行为,发现超声耦合作用下,Al/C界面附近结构分成三层:石墨层、盐层和铝基体层。块状TiAl3相分布在铝基体和盐层中,盐层中的Ti元素降低了铝熔体表面能,并且作为TiAl3和TiC的反应物已被耗尽。TiC呈颗粒状,颗粒尺寸约为0.5μm,施加超声后,TiC粒子生成量显著增多,并且TiC粒子团聚现象得到改善。（3）介绍了超声换能系统的工作原理,根据动力学原理和实验要求对超声振动系统各部件类型、材料进行选择,依据半波长原理对超声振动系统各部件结构尺寸进行计算,并对工具杆端面优化处理,完成20kHz超声振动系统的设计。对设计完成的20kHz超声振动系统结构进行近似和简化,建立有限元模型,基于ANSYS有限元软件对该超声振动系统进行模态分析。发现只有频率为19783kHz时超声振动系统振型为纵振,该频率和设计频率之间误差仅为1%,符合设计要求。
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