高端变形铝合金铸造微观结构的晶粒细化

1.1 快速凝固方法

快速凝固是利用高冷却速率来获得细晶粒结构。通常，晶粒尺寸随着冷却速率的增加而减小。同时，快速冷却还可以减小枝晶间距，获得更均匀的晶粒内部结构，这对后续加工变形有积极影响。快速凝固法在变形铝合金的传统铸造方法（如半连铸）中并不广泛应用，但快速冷却技术与粉末冶金工艺的结合可以生产出晶粒细小、成分均匀的大尺寸高合金铸锭。注塑成型工艺是典型的代表，它已被用于生产一些7×××铝合金锭。

1.2 动力学方法

动态法是指在凝固过程中利用各种振动方法增加金属熔体的成核颗粒，并形成尽可能多的晶核，以达到精炼晶粒的目的。振动方式主要有机械搅拌、机械振动、电磁搅拌、声波和超声波振动等。

（1）机械搅拌和振动。通过在凝固过程中使铝合金熔体受到机械搅拌和振动，形成三维流动。传热、传质等复杂的物理化学效应改变了熔体的结构和能量波动，使熔体成分趋于均匀。，并为结晶过程的成核和生长创造有利的热力学和动力学条件。此外，搅拌和振动也会促进合金枝晶臂的断裂。进入熔体的枝晶碎片可以成为新晶粒成核的首选部位。成核位点的增加意味着可能发生更多的异质成核。对谷物细化有显著影响。机械搅拌和振动在工业生产中应用广泛，是铸件生产的重要组成部分。

（2）电磁搅拌。当对铝合金的铸造施加电磁搅拌时，金属熔体在电磁场的作用下有规律地流动，使每个部分的熔体成分和温度趋于均匀。随着熔体流动速率的增加，柱状晶粒的长度和宽度变小，最初形成的枝晶在搅拌下破碎并作为新的成核中心，导致成核数量显着增加;同时，这种内部熔体的强对流加速了内部熔体的冷却过程，降低了温度梯度，有利于获得细小均匀的等轴晶粒结构。与机械搅拌相比，电磁搅拌与机械搅拌具有相同的目的和功能。不同之处在于，前者利用电磁感应产生的电磁力来促进金属的正常流动，而后者则通过搅拌车或机械手等机械力来实现。所有这些都已应用于工程领域。

• 超声波振动。超声波是一种高频声波。当在液体中传播时，液体分子受到周期替声场的作用，以产生声空化和声流效应。它们会引起熔体中流场、压力场和温度场的变化，从而产生局部高温和高压效应。液体的振动使枝晶臂从凝固前部脱落，在熔体中充当非均相成核芯，超声波对熔体的分散作用使颗粒分布更加均匀。此外，超声波冶金可以去除气体和炉渣，这是一种熔体净化技术。