鋁熔體中超聲輻射桿空蝕試驗與機理研究.pdf

1、在鋁合金超聲鑄造技術(shù)中，功率超聲在熔體中產(chǎn)生強烈的空化效應(yīng)導(dǎo)致超聲輻射桿端面發(fā)生嚴(yán)重的空化腐蝕已成為超聲鑄造技術(shù)亟待解決的問題。輻射桿空蝕破壞對超聲波作用效果的發(fā)揮有重要影響并嚴(yán)重制約輻射桿有效使用壽命。本文針對鈦合金輻射桿在鋁熔體中空蝕進(jìn)程以及空化腐蝕機理主要開展以下研究:
　　(1)基于大型流體計算軟件Fluent中的VOF方法對近壁面單個空化泡的潰滅進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明:近壁面的空化泡潰滅呈非對稱潰滅，潰滅瞬間形成一

2、定規(guī)模的微射流，該微射流指向壁面，并沿著壁面法線方向迅速衰減。空泡潰滅產(chǎn)生的微射流能夠?qū)Ρ诿嫘纬伤N作用，從而在壁面處產(chǎn)生瞬時高壓，這種脈沖型高壓是造成空蝕破壞的重要原因。
　　(2)進(jìn)行了鋁熔體中鈦合金超聲輻射桿空蝕試驗，采用了失重法以及熔體Ti元素檢測法來描述輻射桿空蝕進(jìn)程。實驗結(jié)果表明:輻射桿端面空蝕最先出現(xiàn)在端面圓心處。圓心處空蝕坑隨時間逐漸擴大且整個端面向內(nèi)凹進(jìn)，空蝕坑最終擴散至整個端面，直至端面材料全部剝落?？瘴g進(jìn)程中

3、，可觀察到較為明顯的加速期與穩(wěn)定期，孕育期與衰減期不明顯。鈦合金輻射桿最佳工作時長約為15h。
　　(3)采用了掃描電鏡及能譜對不同空蝕時間下的空蝕試樣進(jìn)行微觀形貌觀察與能譜檢測。檢測結(jié)果表明:空泡潰滅會在材料表面產(chǎn)生麻點，使表面基體脫落。同時鈦合金基體會與鋁熔體反應(yīng)形成顆粒狀的Al3Ti，該物質(zhì)硬而脆的特性使得在空化泡潰滅的沖擊下從鈦合金基體脫落，鈦合金輻射桿在鋁熔體中的空化破壞是由空化泡潰滅產(chǎn)生力學(xué)破壞以及化學(xué)腐蝕共同作用的結(jié)